Caracterización de materiales reciclados: parámetros geotécnicos del granulado de neumático fuera de uso (NFU's)

La siguiente investigación presenta un protocolo basado en la caracterización de un rango detallado de tamaños de partículas (≤12mm) de NFU´s y sus posibles usos en aplicaciones geotécnicas. Este enfoque pretende aportar una solución al problema del exceso de almacenamiento de esta granulometría en las plantas de tratamiento. Con ello se pretende contribuir a las iniciativas encaminadas a favorecer la incursión de materiales reciclados en la sostenibilidad del sector de la construcción. La novedad que plantea esta investigación, se centra en el análisis específico de una serie de granulometrías y mezclas de las mismas, de material no cohesivo, para caracterizar en laboratorio, obteniendo así parámetros geotécnicos a partir de los valores característicos, llevando a cabo correlaciones de los datos obtenidos en el laboratorio a aplicaciones en campo, de acuerdo con las especificaciones del Código Técnico Español (CTE-DB-SE-C) y del Eurocódigo (EC7-1). Palabras clave: valores característicos de los granulados de NFU´s, influencia del tamaño de partícula, correlación entre propiedades y las aplicaciones geotécnicas de los NFU´s. CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´s) Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´s) Elizabeth Contreras Marín 2022 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´s) Elizabeth Contreras Marín 2022 CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´s) TESIS DOCTORAL. Enero 2022 Elizabeth Contreras Marín Tutor: Antonio Jaramillo Morilla Directores: Antonio Jaramillo Morilla y Elia Mercedes Alonso Guzmán Programa de Doctorado en Arquitectura. Línea Transversal 1. Proyecto, edificación, puesta en obra y mantenimiento Departamento de Estructuras de la Edificación e Ingeniería del Terreno Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 2 | 221 Agradecimientos Este trabajo es fruto de una suma de apoyos a lo largo de cinco años. A todas las personas que, aunque no sean conscientes de ello, han hecho posible finalizar esta Tesis, les doy mil gracias. A la Universidad de Sevilla y la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. A mis directores el Dr. Antonio Jaramillo Morilla y Dra. Elia Mercedes Alonso Guzmán, por su experiencia e inspiración. Al grupo de investigación TEP-018 Ingeniería del Terreno de la Universidad de Sevilla (US), por hacerme parte del equipo. Al Laboratorio de Mecánica de la ETSA (Escuela Técnica Superior de Arquitectura) de la Universidad de Sevilla, por la oportunidad de utilizar el equipo y maquinaria necesaria para las pruebas realizadas. En relación a la financiación recibida, se agradece al Instituto Universitario de Arquitectura y Ciencias de la Construcción, US; Ayudas de Internacionalización IUACC del VI Plan Propio de Investigación y Transferencia de la Universidad 2019. A SIGNUS por contribuir con el material para realizar las pruebas. A mi familia, mis amigos y compañeros, les agradezco haberme apoyado en todo momento. A todos, muchas GRACIAS. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 3 | 221 INDICE ÍNDICE DE FIGURAS .............................................................................................................. 7 ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................... 8 ÍNDICE DE ECUACIONES ..................................................................................................... 10 SÍMBOLOS Y DEFINICIONES ................................................................................................ 11 RESUMEN .......................................................................................................................... 13 ABSTRACT ......................................................................................................................... 14 1. INTRODUCCIÓN: UNA APROXIMACIÓN A LOS MATERIALES RECICLADOS ...................... 15 1.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 15 1.2. ASPECTOS GENERALES DE LOS ÁRIDOS ................................................................................... 16 1.3. ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA DE LOS ÁRIDOS RECICLADOS ........................................................ 20 1.4. IMPACTOS DE LA EDIFICACIÓN: MATERIALES Y RESIDUOS ......................................................... 22 1.4.1. SOSTENIBILIDAD EN LA CONSTRUCCIÓN ................................................................................... 23 1.4.2. CONSIDERACIONES MEDIOAMBIENTALES EN LOS ÁRIDOS RECICLADOS .......................................... 24 2. PLANTEAMIENTOS DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................... 26 2.1. HIPÓTESIS Y PREGUNTAS DE PARTIDA................................................................................. 26 2.1. OBJETIVOS .................................................................................................................. 27 2.1.1. OBJETIVO PRINCIPAL ............................................................................................................ 27 2.1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................................................... 27 2.2. VIABILIDAD DE LA PROPUESTA ......................................................................................... 29 2.2.1. INTERÉS EN EL CASO DE ESTUDIO............................................................................................ 29 2.2.2. GRADO DE RELEVANCIA E INNOVACIÓN ................................................................................... 31 2.3. PLAN DE TRABAJO Y METODOLOGÍA .................................................................................. 32 2.3.1. DISEÑO DEL EXPERIMENTO ................................................................................................... 34 2.3.2. ANÁLISIS ESTADÍSTICO ......................................................................................................... 35 2.3.3. ENTORNO DEL ESTUDIO ........................................................................................................ 36 2.3.4. UNIVERSO DE LA MUESTRA .................................................................................................... 37 2.4. TRAYECTORIA INVESTIGADORA ......................................................................................... 39 3. RESIDUO DE CONSTRUCCIÓN Y DEMOLICIÓN (RCD´S) ................................................... 40 3.1. PROBLEMAS DE LA VALORIZACIÓN DE LOS ÁRIDOS RCD´S ....................................................... 41 3.2. CLASIFICACIÓN, COMPOSICIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS RCD´S ............................................. 42 3.2.1. DEFINICIÓN DE LOS ÁRIDOS DE RCD´S .................................................................................... 42 3.2.2. CLASIFICACIÓN DE LOS ÁRIDOS RCD´S .................................................................................... 43 3.2.3. COMPOSICIÓN DE LOS ÁRIDOS RCD´S .................................................................................... 45 3.2.4. CARACTERÍSTICAS DE LOS ÁRIDOS RCD´S ................................................................................ 46 Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 4 | 221 3.2.5. PLANTAS DE TRATAMIENTO Y VALORIZACIÓN DE LOS ÁRIDOS RCD´S ............................................ 48 3.3. EUROPA Y ESPAÑA: ÁRIDOS RCD´S................................................................................... 49 3.3.1. MARCO LEGAL Y RÉGIMEN JURÍDICO EUROPEO DE RCD´S .......................................................... 49 3.3.2. SITUACIÓN EN EUROPA ........................................................................................................ 51 3.3.3. SITUACIÓN EN ESPAÑA ........................................................................................................ 52 4. RESIDUOS INDUSTRIALES: GRANULADOS DE NFU´S ...................................................... 53 4.1. ASPECTOS GENERALES DE LA INDUSTRIA DE LOS NFU´S .......................................................... 53 4.1.1. PROBLEMÁTICA DE LA INDUSTRIA DE LOS NEUMÁTICOS ............................................................. 53 4.1.2. IMPACTO DEL USO DE GRANULADOS DE NFU´S ........................................................................ 56 4.1.3. LA ECONOMÍA CIRCULAR DE LOS NFU´S .................................................................................. 57 4.1.4. MERCADO DE LOS GRANULADOS DE NFU´S ............................................................................. 59 4.2. CARACTERÍSTICAS DE LOS NEUMÁTICOS FUERA DE USO ;E&hS) ............................................... 60 4.2.1. NOMENCLATURA DE LOS NFU´S ............................................................................................ 60 4.2.2. PRINCIPALES COMPONENTES DE LOS NFU´S ............................................................................ 64 4.2.3. ESTRUCTURA DE UN NEUMÁTICO ........................................................................................... 65 4.2.4. PROPIEDADES FÍSICAS NFU´S ................................................................................................ 66 4.2.5. PROPIEDADES MECÁNICAS NFU´S ......................................................................................... 68 4.2.6. PROPIEDADES QUÍMICAS NFU´S ............................................................................................ 70 5. MARCO NORMATIVO Y GESTIÓN DE LOS MATERIALES RECICLADOS ............................. 72 5.1. GRANULADOS DE NFU´S COMO RESIDUO ........................................................................... 73 5.1.1. GESTIÓN DE NFU´S ............................................................................................................. 73 5.1.2. MARCO NORMATIVO NACIONAL DE LOS NFU´S........................................................................ 75 5.2. GRANULADOS DE NFU´S Y SUS POSIBLES APLICACIONES ......................................................... 79 5.2.1. CWA 14243-2002 POST - CONSUMER TYRE MATERIALS AND APPLICATIONS (POSTCONSUMO DE NEUMÁTICOS, MATERIALES Y APLICACIONES) ..................................................................... 79 5.2.2. ASTM D6270-17 STANDARD PRACTICE FOR USE OF SCRAP TIRES IN CIVIL ENGINEERING APPLICATIONS (PRÁCTICA ESTÁNDAR PARA EL USO DE NEUMÁTICOS DE DESECHO EN APLICACIONES DE INGENIERÍA CIVIL). ............................................................................................................................ 81 5.2.3. UNE-EN 15732-2014 MATERIALES LIGEROS DE RELLENO Y PRODUCTOS AISLANTES TÉRMICOS PARA APLICACIONES EN INGENIERÍA CIVIL, PRODUCTOS A BASE DE ÁRIDOS LIGEROS DE ARCILLA EXPANDIDA. ............ 81 5.3. PLIEGO DE PRESCRIPCIONES TÉCNICAS GENERALES PARA OBRAS DE CARRETERAS (PG-3) ............... 82 5.4. EUROCÓDIGO 7 (EC-7) PROYECTO GEOTÉCNICO ............................................................... 88 6. USOS Y APLICACIONES DE LOS ÁRIDOS RECICLADOS..................................................... 90 6.2. APLICACIONES DE LOS ÁRIDOS NATURALES .......................................................................... 90 6.3. APLICACIONES DE LOS ÁRIDOS RECICLADOS .......................................................................... 91 Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 5 | 221 6.4. APLICACIONES DE LOS NFU´S .......................................................................................... 93 6.4.2. LOS NFU´S EN APLICACIONES DE INGENIERÍA CIVIL ................................................................... 94 6.4.3. FABRICACIÓN DE HORMIGONES CON NFU´S ............................................................................ 97 6.4.4. RECUPERACIÓN ENERGÉTICA Y MEZCLAS ASFÁLTICAS CON NFU´S ................................................ 99 6.4.5. ELEMENTOS ELÁSTICOS A PARTIR DE CAPAS DE NFU´S ............................................................. 100 6.4.6. RELLENOS DE TRASDÓS DE MUROS DE CONTENCIÓN CON GRANULADOS DE NFU´S ....................... 100 6.4.7. CAPAS DRENANTES Y ABSORBENTES DE RUIDO ....................................................................... 102 7. FASE EXPERIMENTAL EN LABORATORIO..................................................................... 104 7.2. DATOS RELATIVOS A LAS PLANTAS ANALIZADAS .................................................................. 105 7.3. DATOS RELATIVOS A LA BASE DE DATOS ANALIZADA ............................................................ 106 7.4. EQUIPOS UTILIZADOS EN LA CARACTERIZACIÓN ................................................................... 107 7.5. MÉTODOS DE ENSAYO, MUESTRAS Y CONDICIONES DE ENSAYO ............................................... 109 7.6. PROPIEDADES FÍSICAS .................................................................................................. 110 7.6.1. PROPIEDADES GEOMÉTRICAS Y DIMENSIONALES: CURVAS GRANULOMÉTRICAS, LÍMITES DE ATTERBERG 110 7.6.2. DENSIDADES, PESO ESPECÍFICOS Y ABSORCIÓN DEL GRANULADO DE NFU´S ................................ 115 7.6.3. RELACIÓN ENTRE EL ÍNDICE DE HUECOS Y LA DENSIDAD APARENTE PARA LOS GRANULADOS DE NFU´S. 117 7.7. PROPIEDADES MECÁNICAS ............................................................................................ 119 7.7.1. COMPACTACIÓN (ENSAYO PRÓCTOR) ................................................................................... 119 7.7.2. CORTE DIRECTO ................................................................................................................ 123 7.7.3. EDOMETRÍA ..................................................................................................................... 129 7.8. PROPIEDADES HIDRÁULICAS .......................................................................................... 137 7.8.1. PERMEABILIDAD ............................................................................................................... 137 8. FASE EXPERIMENTAL DE PUESTA EN OBRA DEL MATERIAL ......................................... 141 8.1. CRITERIOS EN APLICACIONES A EVALUAR ........................................................................... 142 8.2. GRANULADO DE NFU´S EN CAPAS DE RELLENOS EN VIARIOS .................................................. 144 8.2.1. PROPUESTA DE ACTUACIÓN ................................................................................................ 148 8.2.2. CARACTERÍSTICAS INTRÍNSECAS DEL MATERIAL ....................................................................... 151 8.1.3. PRESCRIPCIONES TÉCNICAS .................................................................................................... 151 8.3. GRANULADO DE NFU´S EN RELLENOS DE TRASDÓS DE MUROS DE CONTENCIÓN .......................... 155 8.3.1. PROPUESTA DE ACTUACIÓN ................................................................................................ 156 8.3.2. CARACTERÍSTICAS INTRÍNSECAS DEL MATERIAL ....................................................................... 159 8.3.3. PRESCRIPCIONES TÉCNICAS ................................................................................................. 162 9. VALOR CARACTERÍSTICO DE LOS PARÁMETROS GEOTÉCNICOS ................................... 165 Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 6 | 221 9.1. APLICACIÓN DE LOS VALORES CARACTERÍSTICOS.................................................................. 165 9.2. VALORES CARACTERÍSTICOS: BASE DE DATOS DE OTRAS INVESTIGACIONES DE NFU´S Y MATERIALES CONVENCIONALES ................................................................................................................ 167 9.2.1. VALORES CARACTERÍSTICOS DE LOS GRANULADOS DE NFU´S ................................................. 170 9.3. FACTORES DE EQUIVALENCIA DE LOS PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NFU´S Y COMPARATIVA CON SUELOS CONVENCIONALES. ........................................................................... 172 10. CONCLUSIONES ....................................................................................................... 184 10.1. CONCLUSIONES REFERENTES A LA METODOLOGÍA EMPLEADA ................................................. 184 10.1.1. LÍMITES DE LA INVESTIGACIÓN DESARROLLADA ..................................................................... 184 10.2. AVANCES ALCANZADOS EN LA CARACTERIZACIÓN DE LOS GRANULADOS DE NFU´S ...................... 185 10.2.1. SELECCIÓN DE ELEMENTOS ............................................................................................... 185 10.2.2. RESULTADOS OBTENIDOS ................................................................................................. 186 10.2.3. CONSIDERACIONES SOBRE LAS APLICACIONES RECOMENDADAS ............................................... 189 10.3. FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN ................................................................................ 192 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 193 ANEXOS........................................................................................................................... 215 PLAN DE DIFUSIÓN DE RESULTADOS DE INVESTIGACIÓN .................................................................. 215 ANEJOS ........................................................................................................................... 219 Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 7 | 221 ÍNDICE DE FIGURAS ILUSTRACIÓN 1 PRODUCCIÓN DE ÁRIDOS (MILLONES DE TONELADAS POR PAÍS) 2015. FUENTE: [6] --------------------------- 19 ILUSTRACIÓN 2 PRODUCCIÓN DE ÁRIDOS PER CÁPITA (MILLONES DE TONELADAS POR PAÍS) 2015. FUENTE: [6] -------------- 19 ILUSTRACIÓN 3. ESQUEMA GENERAL DEL CICLO DE VIDA DE UNA EDIFICACIÓN. FUENTE: [13] ---------------------------------- 21 ILUSTRACIÓN 4. IMPACTO AMBIENTAL DE LOS PRINCIPALES MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN SEGÚN EL PROGRAMA SIMAPRO DE ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA. FUENTE: [15]. --------------------------------------------------------------------------------- 21 ILUSTRACIÓN 5. JERARQUÍA EN EUROPEA EN LA GESTIÓN DE RESIDUOS. FUENTE: [29] ------------------------------------------ 29 ILUSTRACIÓN 6. COMPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y DEMOLICIÓN. FUENTE: [38], [45]. ----------------- 45 ILUSTRACIÓN 7. ACOPIOS ABANDONADOS INVENTARIADOS EN ESPAÑA (MAYO 2017) [77, P. 28]. --------------------------- 55 ILUSTRACIÓN 8. >A ECONOMÍA CIRCULAR DESDE EL DISEÑO DE NEUMÁTICOS FUENTE:[87] --------------------------------- 58 ILUSTRACIÓN 9. TARIFAS ECOVALOR VIGENTES 2020. FUENTE: [88] ------------------------------------------------------------- 59 ILUSTRACIÓN 10. ESQUEMA DEL PROCESO GRANULADO DEL NFU´S. FUENTE: [68]. -------------------------------------------- 61 ILUSTRACIÓN 11. EJEMPLOS DE PIEZAS DE NFU´S, MUESTRAS RENEAN Y RMD. ---------------------------------------------- 64 ILUSTRACIÓN 12. CARACTERÍSTICAS DE LOS ELEMENTOS DE UN NEUMÁTICO. FUENTE: [77, P. 18] ---------------------------- 66 ILUSTRACIÓN 13. SISTEMAS DE GESTIÓN DE NFU´S A NIVEL EUROPEO. FUENTE: [87] ------------------------------------------ 74 ILUSTRACIÓN 14. CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS PARA TERRAPLENES SEGÚN LA OC.326/00. FUENTE: [99] ----------------- 86 ILUSTRACIÓN 15. ENSAYO DE LÍMITES DE ATTERBERG DEL GRANULADO DE NFU´S (POLVO D < 0,8 MM). ------------------- 112 ILUSTRACIÓN 16. CURVAS GRANULOMÉTRICAS DEL CONJUNTO DE MUESTRAS DE GRANULADOS DE NFU´S. ------------------ 113 ILUSTRACIÓN 17. CURVAS GRANULOMÉTRICAS INDIVIDUALES DE MUESTRAS DE GRANULADOS DE NFU´S. ------------------- 114 ILUSTRACIÓN 18. ENSAYO DE DENSIDAD APARENTE DE LA MUESTRA (ɆB); PARTÍCULAS (ɆA); SECADAS EN ESTUFA (ɆRD); SATURADAS Y SECAS SUPERFICIALMENTE (ɆSSD); ABSORCIÓN DE AGUA (WA24) DE LOS GRANULADOS NFU´S. ---------- 115 ILUSTRACIÓN 19 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 118 ILUSTRACIÓN 20. MONTAJE Y DESMONTAJE DEL ENSAYO DE PRÓCTOR DE LOS GRANULADOS NFU´S (MUESTRA S7). ------- 120 ILUSTRACIÓN 21. RESULTADOS DEL ENSAYO DE PRÓCTOR DE LOS GRANULADOS NFU´S PARA EL CONJUNTO DE MUESTRAS. 122 ILUSTRACIÓN 22. RESULTADOS DEL ENSAYO DE PRÓCTOR DE LOS GRANULADOS NFU´S PARA LA MUESTRA S2. -------------- 122 ILUSTRACIÓN 23. RESULTADOS DEL ENSAYO DE PRÓCTOR DE LOS GRANULADOS NFU´S PARA LA MUESTRA S3. -------------- 122 ILUSTRACIÓN 24 EQUIPO DE CORTE DIRECTO, CAJA DE CIZALLAMIENTO. -------------------------------------------------------- 125 ILUSTRACIÓN 25. GRÁFICO DE DEFORMACIONES HORIZONTALES CONTRA ESFUERZOS TANGENCIALES INDIVIDUALES DE MUESTRAS DE GRANULADOS DE NFU´S. ------------------------------------------------------------------------------------ 126 ILUSTRACIÓN 26. DISPERSIÓN DE LA COHESIÓN DE LAS COMBINACIONES DE GRANULADO DE NFU´S. ------------------------- 129 ILUSTRACIÓN 27. DISPERSIÓN DEL ÁNGULO DE FRICCIÓN DE LAS COMBINACIONES DE GRANULADO DE NFU´S. -------------- 129 ILUSTRACIÓN 28. PREPARACIÓN Y MONTAJE DE ENSAYOS EDOMÉTRICOS DEL GRANULADO DE NFU´S. ----------------------- 131 ILUSTRACIÓN 29. COMPARACIÓN DE CURVAS EDOMÉTRICAS DE LOS GRANULADOS NFU´S PARA LA MUESTRAS S5 Y S6. ----- 132 ILUSTRACIÓN 30. CICLOS DE CARGA Y DESCARGA EDOMÉTRICOS DE LOS GRANULADOS NFU´S PARA LA MUESTRAS S5. ------ 134 ILUSTRACIÓN 31. PRESIONES VERTICALES VS DEFORMACIONES UNITARIAS, ENSAYO EDOMÉTRICO DE LOS GRANULADOS NFU´S PARA LA MUESTRAS S5 Y S6. ------------------------------------------------------------------------------------------------- 135 Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 14 | 221 ABSTRACT The following research presents a protocol based on the characterisation of a detailed UDQJHRISDUWLFOHVL]HVPPRI1)8VDQGWKHLUSRVVLEOHXVHVLQJHRWHFKQLFDOapplications. This approach aims to provide a solution to the problem of excess storage of this particle size in treatment plants. The aim is to contribute to initiatives aimed at promoting the use of recycled materials in the sustainability of the construction sector. This work presents the results of the experimental study for the characterisation of the main properties of NFU granules. Several samples have been prepared in the laboratory and several tests have been carried out to quantify their geotechnical properties. Firstly, the tests carried out are illustrated and discussed. Secondly, the characteristic values of the proposed combinations have been obtained by means of statistical methods, thus making a behavioural model from their geotechnical parameters. Finally, their implementation is discussed in two practical cases: using the NFU granules as an embankment layer to transmit loads in an area with landslide problems, and their use as a light backfill in the rear of a cantilevered retaining wall. The novelty of this research focuses on the specific analysis of a series of granulometries and mixtures of non-cohesive material, to be characterised in the laboratory, thus obtaining geotechnical parameters from the characteristic values, carrying out correlations of the data obtained in the laboratory to field applications, in accordance with the specifications of the Spanish Technical Code (CTE-DB-SE-C) and the Eurocode (EC7-1). Keywords: characteristic values of NFU granulates, influence of particle size, correlation between properties and geotechnical applications of NFU. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 15 | 221 1. INTRODUCCIÓN: UNA APROXIMACIÓN A LOS MATERIALES RECICLADOS 1.1 Introducción El sector de los áridos es la materia prima más consumida por el hombre, después del agua [1] y es el principal suministrador de materias primas para la construcción de infraestructuras, la edificación, la industria y la protección del medio ambiente, lo que le confiere el carácter de industria estratégica. Se puede afirmar que los principales efectos que surgen de la implementación de materiales en la construcción sobre el medio ambiente son los siguientes [2]: - Consumo de recursos naturales. - Consumo energético. - Producción de residuos sólidos. - Incidencia en el efecto invernadero. - Incidencia en la capa de ozono. - Otros factores de contaminación ambiental. El consumo de recursos naturales y de energía ha aumentado proporcionalmente al crecimiento de la población mundial y su nivel económico. De ello resulta un consumo exponencialmente creciente del recurso y un deterioro ambiental. En el escenario actual, la gestión de algunos residuos procedentes de diversas industrias es un grave problema. Estos residuos actúan como focos de infección ambiental, ya que en su mayoría no son biodegradables, como en el caso de los NFU´s. La generación de grandes volúmenes de triturados de NFU´s indica el grave problema de acumulación del material, así como la importancia de desarrollar nuevas aplicaciones y mercados para este residuo industrial. Partiendo de que la explotación de los bancos de materiales de áridos convencionales se ha convertido en un sistema insostenible y que el modelo de sociedad está consumiendo los recursos naturales a un ritmo más acelerado que la tasa de renovación de la naturaleza, la incorporación de criterios ambientales, sociales y económicos es una evidente necesidad para avanzar hacia un modelo de desarrollo sostenible. Promover la adopción de criterios de sostenibilidad y facilitar su valorización contribuye a las Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 16 | 221 iniciativas encaminadas a favorecer la incursión de materiales reciclados en la sostenibilidad del sector de la construcción. Muchos tipos de residuos industriales están disponibles en grandes cantidades; que se utilicen o no depende, por lo general, de la falta de una metodología y normas de ensayos adecuadas que garanticen un buen rendimiento. Además, hay poca experiencia y difusión de sus posibles aplicaciones y también faltan medios financieros, equipos técnicos, tiempo para desarrollar trabajos de investigación, formación adecuada y legislación. Entre los residuos que han sido objeto de un mayor número de estudios y con mayor número de experiencias prácticas en España como materiales aprovechables en la construcción, se tienen los Residuos de Demolición y Construcción (RCD´s) y los Neumáticos fuera de uso (NFU´s). Un buen número de investigaciones se encuentran actualmente desarrollando nuevas líneas de implementación de materiales reciclados de NFU´s. Con ello se pretende eliminar su condición de residuo y aumentar su valor de mercado y la utilidad de este material. Esto proporcionará una solución al problema actual del excedente de este residuo en las plantas de tratamiento. Los granulados de NFU´s poseen propiedades técnicas atractivas y podrían ser utilizados de forma beneficiosa en aplicaciones de ingeniería civil. En general, las investigaciones referentes a la implementación de NFU´s en obras de geotecnia se han centrado en el estudio de tamaños de triturado entre 76 mm y 305 mm, y de virutas que suelen oscilar entre 12 mm y 76 mm. En este sentido, la presente investigación pretende generar una base de datos de las características que guardan los granulados de NFU´s a partir de sus parámetros geotécnicos de una gama detallada de tamaños de partículas inferiores a 12 mm. 1.2. Aspectos generales de los áridos Las propiedades o características de los materiales de la construcción son muchas y muy variadas. Las clasificaciones como las que agrupan propiedades físicas o químicas son Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 17 | 221 obvias, pero no son las más apropiadas para estudiar dichos materiales, y mucho menos los materiales reciclados, ya que no se toma en cuenta el estado de la materia (sólidos granulares, sólidos compactos, líquidos, fluidos, pasta, etc.). Por ejemplo: la carbonatación es tanto un proceso químico como un aspecto más de la durabilidad de un material como el hormigón. [3]. Aunado a ello, cuando se analizan las propiedades de un material reciclado, existen factores que afectan más o menos a sus características. En este sentido, aparecen diferentes autores que aportan clasificaciones más precisas para su estudio [3], [4], como la que a continuación se detalla: PROPIEDADES FÍSICAS - Propiedades habituales de los materiales: Masa, peso y densidad, homogeneidad, isotropía. - Propiedades de los fluidos: Presión, tensión superficial, viscosidad, tixotropía. - Propiedades de las pastas: Consistencia (fluidez). - Propiedades comunes a los sólidos granulares: Porosidad y compacidad, capilaridad, cohesión, finura, ángulo de rozamiento interno, ángulo de talud natural. - Propiedades comunes a todos los sólidos de la materia: Porosidad, capilaridad, eflorescencia, absorción, adsorción, permeabilidad, difusibilidad, pulidez, rugosidad, brillo, color, transparencia, translucidez, opacidad. - Mecánicas: Resistencia a la rotura, tenacidad (tracción, compresión, flexión, etc.), resiliencia, dureza, deformabilidad, elasticidad, plasticidad, fragilidad, rigidez, ductilidad, maleabilidad. - Reológicas: Dilatación térmica, entumecimiento, retracción, intumescencia. - Térmicas: Conductividad, calor específico, fusión, soldabilidad. - Ondas de Luz, radiación, sonido: Absorción, reflexión, transmisión, refracción, emisividad. PROPIEDADES FÍSICOQUÍMICAS - Resistencia a los productos químicos. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 18 | 221 - Resistencia al fuego: Combustibilidad, inflamabilidad, tratamiento ignífugo, autoextinguibilidad. - Durabilidad: Putrefacción, resistencia a los insectos, heladicidad, resistencia a los rayos ultravioleta, oxidación, corrosión y carbonatación. OTRAS PROPIEDADES - Costos: Ambientales, energéticos, monetarios (precio) extracción de las materias primas, elaboración, montaje, colocación, mantenimiento, derribos y transporte, etc.) - Toxicidad: Directa, sublimación, combustión. - Reciclaje: Sostenibilidad. De manera general se puede señalar que las propiedades de los áridos naturales que tienen mayor interés son las físicas [3]: - La resistencia a compresión, la resistencia a la abrasión y el módulo de elasticidad, función en buena medida de su porosidad. - La forma, el tamaño y la fracción volumétrica (gran influencia en la trabajabilidad del hormigón fresco y en la resistencia del hormigón endurecido). - La textura superficial (influye en la unión del árido y el aglomerado). Los materiales granulares son compuestos de partículas de diámetros, que aglomerados o no, forman una masa que fácilmente tiende a ocupar el volumen que la contiene [3]. En construcción, estos tipos de materiales se encuentran en cuatro fases muy caracterizadas [5]: - Como elemento que sirve para formar otros compuestos: mortero, hormigón. - Como elemento que se utiliza como tal, es decir, en forma granular: arcilla expandida, gravas, arena (terraplenes), etc. - Como elemento que, sin utilizarse directamente, hace de soporte y ejerce presión sobre las edificaciones: el terreno natural. - Como elemento configurador de zonas exteriores no pavimentadas: taludes, ajardinamientos. Por mencionar algunas cifras del panorama que guardan los áridos en la UE, de acuerdo con European Aggregates Association [6] en 2015 la producción de áridos fue de 2.660 Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 19 | 221 millones de toneladas (bnt). En las ilustraciones 1 y 2 se muestra la producción de áridos de cada país perteneciente a la UE en 2015. Ilustración 1 Producción de áridos (millones de toneladas por País) 2015. Fuente: [6] Ilustración 2 Producción de áridos per cápita (millones de toneladas por País) 2015. Fuente: [6] Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 20 | 221 Según la plataforma de Eurostat [7], en 2019 se utilizaron en Europa 6.917 millones de toneladas de materiales (14,22 toneladas per cápita), de los cuales, la construcción consume gran parte. El consumo total de áridos naturales para la construcción ha sido de 136,5 millones de toneladas en 2019 [8], un 13% más que en 2016, donde se consumieron unos 120,6 millones de toneladas [9]. El informe de ANEFA (2019) [8] señala que en 2019 se utilizaron 2,5 millones de toneladas de áridos reciclados y 1 millón de toneladas de áridos artificiales. 1.3. Análisis del ciclo de vida de los áridos reciclados (OWpUPLQR´Análisis del Ciclo de Vidaµ (ACV) comenzó a utilizarse en la década de 1970, e identifica, cuantifica y caracteriza los diferentes impactos ambientales basándose en un inventario de flujos de entrantes y salientes del sistema, calculando así los requerimientos energéticos, de materiales y las emisiones producidas [10]. Existen diferentes indicadores medioambientales en el sector de la construcción. Uno de los más utilizados es la medición de la huella ecológica (HE), que produce resultados entendibles por la sociedad no científica, y su facilidad de aplicación permite incluirla en políticas medioambientales y en la toma de decisiones [11]. El concepto moderno de HE fue presentado formalmente por Mathis Wackernagel y William Rees a principios de la década de 1990 [12]. SHHVWDEOHFHFRPR´ODH[WHQVLyQGHWLHUUDTXHVHUtDQHFHVDULDSDUDsuministrar los recursos (cereales, pienso, leña, pescado y terreno urbano) y absorber las emisiones (CO2GHODVRFLHGDGPXQGLDOµ[12]. Desde un ámbito muy general, se podría tomar en cuenta el impacto ambiental de los materiales de construcción para la selección de los mismos. Los métodos de ACV pretenden analizar el impacto que ocasiona cualquier material evaluado en cada una de las fases de su vida. Se establecen comparativas del impacto ocasionado (por ejemplo, las emisiones de gases invernadero se traducen en cantidades equivalentes de CO2), y a continuación se realiza la comparación con el material de similitud, facilitando la toma de decisiones. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 21 | 221 El ciclo de vida de un árido natural se encuentra ligado al ciclo de vida de las edificaciones [13]. De esta manera, se puede realizar un análisis del ciclo de vida útil del árido relacionado con una edificación (Ilustración 3). Siguiendo el esquema antes referido, se pueden analizar los siguientes impactos: efecto invernadero, ozono, acidificación del suelo, eutrofización del agua, contaminación atmosférica, contaminación del suelo y el agua por metales pesados y pesticidas, consumo de energía y producción de residuos sólidos [14]. Ilustración 3. Esquema general del ciclo de vida de una edificación. Fuente: [13] A continuación se enlista el impacto ambiental de los principales materiales de construcción (Ilustración 4): Ilustración 4. Impacto ambiental de los principales materiales de construcción según el Programa Simapro de Análisis de Ciclo de Vida. Fuente: [15]. FASE DE DISEÑO Fase en la que se desarolla el proyecto de la edificación. FASE DE CONSTRUCCIÓN Es la obra de la construcción. FASE DE USO Y CONSERVACIÓN Se conserva mediante un mantenimiento periódico FASE DE DEMOLICION Derribo y aprovechamiento de los residuos generados Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 22 | 221 Cuando se analiza el comportamiento de los materiales, es importante reconocer las diferentes fases que lo configuran [14]: - En la fase de extracción de los materiales habrá que considerar la transformación del medio. - En la fase de producción (plásticos y metales), las emisiones que se generan y el consumo de energía. - En la fase de transporte, el consumo de energía, que será más elevado si provienen de lugares más lejanos. - En la puesta en obra, los riesgos sobre la salud humana y la generación de sobrantes. - En la demolición, las emisiones contaminantes y la transformación del medio. Los métodos de análisis de ciclo de vida evalúan el impacto que ocasionan los materiales en cada una de las fases de su vida. El análisis de las fases anteriores en todo el ciclo de vida del material nos puede determinar una serie de pautas a seguir para seleccionar los materiales más sostenibles. Son los materiales que [11, pp. 56²57]: - Procedan de fuentes renovables y abundantes. - No contaminen. - Consuman poca energía en su ciclo de vida. - Sean duraderos. - Puedan estandarizarse. - Sean fácilmente valorizables. - Procedan de una producción justa. - Tengan valor cultural en su entorno. - Tengan bajo coste económico. 1.4. Impactos de la edificación: materiales y residuos A lo largo de la historia, se ha producido un cambio en el proceso de obtención de los materiales. Hasta no hace mucho, la obtención se realizaba en el entorno más próximo, cerca de la implementación, a partir de la centralización de las ciudades y la aparición de Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 23 | 221 medios de extracción y fabricación más eficientes y potentes, así como un transporte mucho más globalizado [14], hace que la producción de materiales pierda la inmediatez de lo cercano y se convierta en una actividad altamente impactante. 1.4.1. Sostenibilidad en la construcción La incorporación de criterios ambientales, sociales y económicos es una evidente necesidad para avanzar hacia un modelo de desarrollo sostenible. El término ´desarrollo sosWHQLEOHµDSDUHFHSRUSULPHUDYH]HQHO informe ´1XHVWUR)XWXUR&RP~QµWDPELpQconocido como Informe Brundtland de la Comisión Mundial del Medio Ambiente y Desarrollo (1987) sobre el futuro del planeta y la relación entre medio ambiente y desarrollo. Dicho término se entiende por: ´AQUEL QUE SATISFACE LAS NECESIDADES PRESENTES SIN PONER EN PELIGRO LA CAPACIDAD DE LAS GENERACIONES FUTURAS PARA SATISFACER SUS PROPIAS NECESIDADESµ [16]. Actualmente existen diferentes interpretaciones del concepto de desarrollo sostenible y coinciden en que, para lograrlo, las medidas a considerar deberán ser económicamente viables, respetar el medio ambiente y ser socialmente equitativas [10]. Se entiende por sostenibilidad todo aquello que es susceptible de ser sostenido, es decir, a ser mantenido, constante, uniforme, consecutivo, perpetuo [17]. El problema se plantea cuando el uso de un vocabulario común no contribuye a avanzar en políticas realmente sostenibles. Es evidente la incompatibilidad que existe entre el crecimiento económico y el equilibrio ecológico en los sistemas tradicionales actuales. La relación entre el medio ambiente y la economía se definió de forma explícita en 1992, cuando se consideró que el crecimiento económico es insostenible [18]. Actualmente no existe consenso acerca del significado de desarrollo sostenible (existen más de cien definiciones), ya que tampoco lo hay acerca de qué es lo que debe sostenerse. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 30 | 221 una de las mayores preocupaciones ambientales y como un compromiso individual y colectivo. El aprovechamiento de materiales industriales reciclados en el ámbito de la construcción, puede implicar las siguientes mejoras: - Disminución de las actividades extractivas de bancos de materiales, debido a la sustitución de estos materiales pétreos por reciclados. - Disminución de la entrada de residuos en los vertederos, alargando significativamente su vida útil. - Posible obtención de ahorro en el transporte y materias primas. El empleo de materiales reciclados en rehabilitación y obra nueva se ha convertido en un objetivo prioritario para la conservación de arquitectura e infraestructuras existentes, los cuales aportan el valor de la sostenibilidad, que aunque no pueda equipararse a parámetros económicos rentables, en la actualidad suponen una importante aportación en la reducción de CO2 emitidos a la atmósfera y una respuesta a los compromisos derivados del Acuerdo de Paris 2030 de la Unión Europea sobre energía y clima, así como al Plan Nacional de Adaptación al Cambio Climático (PNACC) 2021-2030, los cuales se engloban dentro del RETO '(,19(67,*$&,Ð1´&DPELRFOLPiWLFR\XWLOL]DFLyQGHUHFXUVRVQDWXUDOHV\PDWHULDVSULPDVµ [30]. Según la Federación Española de la Recuperación y el Reciclaje (FER), en la actualidad existen iniciativas para aprovechar todo el potencial que ofrece el sector de los NFU´s. Señalan que aunque el caucho se recicla cada vez más con nuevas aplicaciones, una gran parte del mismo se emplea como combustible alternativo con fines energéticos. Para optimizar la capacidad tecnológica de las plantas de recuperación y reciclado de NFU´s, es necesario promover nuevos proyectos y concienciar a la sociedad de las opciones que ofrecen los NFU´s, de forma que se consuman productos hechos con este material [31]. El uso de granulados de NFU´s en aplicaciones de geotecnia, tendrá un impacto positivo en el medio ambiente, ya que la ejecución de cualquier obra lineal requiere en muchos casos el empleo de gran cantidad de material, pudiendo ofrecer una posibilidad beneficiosa. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 31 | 221 Teniendo en cuenta que el 70% del neumático es caucho [32], se puede afirmar que en la Unión Europea se generan anualmente unos 4,7 millones de toneladas de granulados de caucho. La generación de grandes volúmenes de triturados de NFU´s, refleja el grave problema de acumulación de material, y la importancia de desarrollar nuevas aplicaciones y nuevos mercados para este residuo industrial. 2.2.2. Grado de relevancia e innovación De acuerdo con el Plan Nacional de NFU´s (PNNFU), la nueva legislación refuerza la jerarquía de residuos, exigiendo a los Estados miembros que adopten medidas necesarias para la reducción y la valorización energética por delante del depósito en vertedero y la incineración. De ello se espera un mayor uso de instrumentos económicos eficaces, con el fin de proporcionar incentivos para la aplicación de la jerarquía de residuos. La presente investigación se enmarca en la línea asociada al ámbito de los Sistemas Integrados de Gestión de Neumáticos. De este modo, se pretende establecer un protocolo basado en la caracterización de los granulados de NFU´s (12mm), que hasta el momento ha sido poco estudiado, para el uso en aplicaciones geotécnicas, constituyendo así una línea de investigación que tiene una fuerte vinculación con la sostenibilidad económica y medioambiental. De acuerdo con el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (en adelante PG-3) para la implementación de materiales marginales se deberán contemplar una serie de aspectos relacionados con las propiedades intrínsecas del material, así como la influencia de dichas características en los diferentes usos que se le asignen, además de una justificada validación del uso, con las correspondientes prescripciones técnicas a adoptar para los diferentes usos del material dentro de la obra. En este sentido, la primera novedad que propone el proyecto, es la evaluación de los parámetros geotécnicos a partir de sus correspondientes valores característicos de los granulados de NFU´s, llevando acabo correlaciones de los datos obtenidos en el laboratorio a aplicaciones en campo, hasta el momento poco conocidas. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 32 | 221 En segundo lugar se propone una nueva revalorización del granulado de caucho, en una aplicación que permite un mayor impacto por metro cúbico utilizado, a partir de un rango detallado de tamaños de partículas PP. Esta línea de trabajo también permite dar nuevos usos al material granular de NFU´s de pequeña granulometría, a través de un protocolo basado en la caracterización de las propiedades mecánicas en laboratorio de diferentes combinaciones de materiales, y su verificación mediante métodos de cálculo estadísticos. La aplicación técnica de este tipo de materiales en el marco de una normativa internacional de carácter europeo puede considerarse también un planteamiento novedoso, ya que las principales aportaciones en este sentido suelen estar vinculadas a la normativa de EUA. En tercer lugar con el uso de granulados de NFU´s en sustitución de áridos convencionales se espera reducir los volúmenes de transporte de los NFU´s después de la recolección, ya que la cantidad de este tipo de residuos está aumentando progresivamente. Este enfoque pretende aportar una solución al problema del exceso de almacenamiento de esta granulometría en las plantas de tratamiento. Un buen número de investigaciones se encuentran actualmente desarrollando nuevas líneas de implementación de materiales reciclados del NFU´s. Con ello se pretende eliminar su condición de residuo y aumentar el valor de mercado y la utilidad de este material. En general, se podría decir que la novedad que plantea esta investigación se centra en el análisis específico de una serie de granulometrías y mezclas de las mismas, de material no cohesivo, para caracterizar en laboratorio, obteniendo así sus parámetros geotécnicos a partir de los valores característicos, de acuerdo con las especificaciones del Código Técnico Español (CTE-DB-SE-C) y del Eurocódigo (EC7-1), con la finalidad de dar recomendaciones para los posibles usos. 2.3. Plan de trabajo y metodología Se pretende identificar, evaluar y caracterizar los materiales reciclados industriales, en específico los granulados de NFU´s desde el ámbito de la geotecnia. El tema se abordará desde dos enfoques esenciales: la elaboración de pruebas de laboratorio y estimaciones de campo. De acuerdo con los pasos fundamentales de los programas de valorización Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 33 | 221 de un determinado residuo en aplicaciones geotécnicas [5], se pueden establecer de manera general los siguientes pasos: - Identificación de la aplicación; - Definición de los principales requisitos de la aplicación; - Desarrollo de ensayos de caracterización en laboratorio; - Modelación del comportamiento geotécnico; - Preparación de especificaciones constructivas; - Observación de los métodos de puesta en obra y del comportamiento in situ; - Difusión de los conocimientos técnicos y científicos adquiridos. Las tareas se desarrollaron en laboratorio y pruebas de campo para investigar más a fondo las propiedades técnicas. Para el desarrollo de la investigación fue necesario describir qué tipo de investigaciones se discutirían a lo largo de la experimentación. A continuación se enmarcan los tipos de investigaciones tomadas en cuenta: _ Investigación de campo: se estudian los temas o problemáticas a partir de la recolección y análisis de datos directos de la realidad. En estos casos es necesario utilizar el estudio estadístico, se manejan ciertas nociones y criterios probabilísticos para este tipo de trabajo. _ Investigación documental: se estudia un problema a partir de los análisis de datos y teorías previamente publicados en otros trabajos. En este tipo de investigaciones se utilizan las fuentes de consultas para postular ideas y conclusiones, propias de la investigación. La metodología seguida para lograr la consecución de los objetivos anteriormente expuestos, se resume en las siguientes etapas, descritas según el orden cronológico que se siguió durante la realización del proyecto de investigación: EL ESTUDIO BIBLIOGRÁFICO SE CENTRÓ EN LOS SIGUIENTES ASPECTOS: _Producción y características de los granulados de NFU´s. Recopilación de estudios científicos desarrollados en el ámbito de estudio, además de los propios informes que se Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 34 | 221 tengan de cada una de las plantas de tratamiento. Todos los gestores autorizados están obligados a dar información de acuerdo con el artículo 41 de la Ley 22/2011, de 28 de julio, de Residuos y Suelos Contaminados. Generalmente son remitidos a las asociaciones correspondientes, como respuesta a la petición de información, o son datos que aparecen publicados en sus recursos web o en los informes o revisiones de los planes de gestión de residuos. _ Modelado de parámetros geotécnicos y correlaciones con las granulometrías estudiadas. Estudio de la bibliografía científica de las correlaciones existentes en los comportamientos del granulado de NFU´s y sus correspondientes valores característicos. _Aplicaciones y puestas en marcha a partir de la recopilación de proyectos e investigaciones científicas. Se expondrán antecedentes y la situación de los NFU´s, haciéndose un análisis crítico de la bibliografía al respecto con la finalidad de matizar los fundamentos teóricos, que confirmen la hipótesis del trabajo y establezcan estrategias de investigación. 2.3.1. Diseño del experimento Se plantea el análisis específico de una serie de granulometrías PP y mezclas de las mismas, para caracterizar en laboratorio, obteniendo así parámetros geotécnicos a partir de los valores característicos y sus correspondientes correlaciones. Se parte de que el granulado de NFU´s posee propiedades que generan un abanico de posibilidades para ser utilizados un sustitución de áridos convencionales en aplicaciones del ámbito de la geotecnia. De este modo, se entiende que la combinación de ensayos de laboratorio con verificaciones de cálculo estadístico permite validar este posicionamiento. Para ello se han seguido las siguientes fases de trabajo: - Identificación y análisis del estado del conocimiento en el área de interés, conocimientos previos de su tipología y complejidad tecnológica (trituración, clasificación, limpieza y cribado). - Realización de ensayos de laboratorio para caracterizar diferentes tipos de combinaciones del material. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 35 | 221 - Obtención de los valores característicos mediante el estudio estadístico de los resultados de los ensayos realizados para cada muestra. - Obtención de modelos de comportamiento respecto a las correlaciones entre los valores característicos y las granulometrías estudiadas. - Observaciones en puestas en obra del uso del material, obtención de condiciones técnicas a tomarse en cuenta a partir de los resultados en laboratorio, requisitos técnicos específicos: geométricos, físico, mecánicos e hidráulicos. 2.3.2. Análisis estadístico ANÁLISIS DEL MODELO Y OBTENCIÓN DE RESULTADOS Se llevó a cabo un análisis del modelo elaborado en base a las siguientes tareas: Desarrollo de una base de datos de las características del granulado de NFU´s: El marco de estudio se centrará en el análisis de las diferentes muestras, desarrollando con independencia un rango de especímenes y muestras apropiado para la caracterización del conjunto total de valores. La selección de la muestra se ha realizado a partir de la producción y en base a una recopilación datos. Modelado de los parámetros geotécnicos del granulado de NFU´s: La muestra global se define a partir de sus valores característicos, cada variable corresponde al conjunto de datos evaluado del granulado seleccionado. El modelo resultante estará confrontado a las características necesarias para su implementación, con el objetivo de encontrar validación de los datos considerados. Correlación de variables evaluadas: Los factores de equivalencia se utilizan para convertir las características que guarda el conjunto de datos de la muestra y sus posibles relaciones. Evaluar los parámetros con mayor dispersión y su influencia con el resto de las variables. Se utilizan las herramientas de análisis que poseen este tipo de metodología con el fin de determinar nuevas relaciones de los ficheros: tamaños, tipos de materiales, usos, etc. entre los elementos estudiados, a través de la base de datos elaborada. Entre los resultados previstos se encuentra la obtención de parámetros geotécnicos de una gama detallada de tamaños de partículas inferiores a 12 mm. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 36 | 221 CONCLUSIONES Y DIFUSIÓN FINAL DE RESULTADOS Se determinará el grado de avance del conocimiento producido con la aplicación de la nueva metodología establecida y se establecerán de líneas futuras para la investigación. A su vez, se llevará a lo largo de la investigación un plan de difusión de resultados. 2.3.3. Entorno del estudio En general, las investigaciones referentes a la implementación de NFU´s en obras de geotecnia se han centrado en el estudio de tamaños de triturado entre 76 mm y 305 mm, y de virutas que suelen oscilar entre 12 mm y 76 mm. En este sentido, esta investigación pretende exponer una gama detallada de partículas menores de 12 mm, que generalmente no se detallan en la literatura. Esto proporcionará una solución al problema del exceso de almacenamiento de este tamaño de partículas en las plantas de tratamiento. Las investigaciones muestran un amplio rango de tamaños de partículas (0,8 mm a 400 mm), siendo muy limitados los estudios que se han centrado en la caracterización geotécnica de los tamaños de partículas inferiores a 12 mm, por lo que sus propiedades físicas y su comportamiento mecánico son en gran medida desconocidos. Se procede a establecer el número de elementos a analizar en cada una de las escalas de trabajo planteadas, procediendo a la identificación exhaustiva de los mismos mediante ensayos y la construcción de una base de datos preliminar. Se pretende generar una base de datos de las características que guardan los granulados de NFU´s, para definir los parámetros geotécnicos de una gama detallada de tamaños de partículas inferiores a 12 mm. Se evaluó también la comparación con materiales convencionales y la problemática que presentan, con la finalidad de establecer un modelo de comportamiento para definir posibles aplicaciones. Se llevó acabo la revisión de la normativa nacional, informes, pliegos de prescripciones, guías y manuales de sectores administrativos, con la finalidad de evaluar los cumplimientos para el estudio de su aplicabilidad. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 37 | 221 2.3.4. Universo de la muestra Todos los materiales analizados se obtuvieron a partir de un plan específico de toma de muestras de carácter representativo (especificando ensayos y frecuencia). La toma de las muestras para los ensayos siguió el procedimiento indicado en la norma UNE EN 932-2 [33], o siguiendo un método de recogida de muestras en big-bag como se menciona en CEN/TS 17188 [34]. ELECCIÓN DE PARÁMETROS PARA LA CARACTERIZACIÓN A LOS GRANULADOS DE NFU´s Con toda la información recopilada se generó una base de datos de las características obtenidas en el universo de la muestra, se compararon, reclasificaron y evaluaron. El marco de estudio se centró en el análisis de 2 plantas de tratamiento de NFU´s en Andalucía inscritas en el padrón de Gestores. La selección de la muestra se ha realizado a partir de la producción y en base a una recopilación datos (Tabla 1). Tabla 1. Universo de la muestra: material granular de NFU´s de las plantas de tratamiento en Andalucía. PLANTA DE TRATAMIENTO MATERIAL LOCALIDAD RENEAN Material granular de 0´00 - 0´60 mm Material granular de 0´60 - 2´00 mm Material granular de 2´00 - 4´00 mm JAÉN RMD Material granular de 0´00 - 0´80 mm Material granular de 0´60 - 2´00 mm Material granular de 2´00 - 7´00 mm SEVILLA Se realizó un estudio de las fuentes válidas para la construcción de la base de datos del modelo. Al tratarse de un trabajo que estudia los parámetros geotécnicos a partir de los valores caracteristicos, resultó necesario realizar un estudio preliminar del tipo de información con la que se cuenta, en base a los siguientes criterios: - Resultados de pruebas de laboratorio externos a la planta de tratamiento. - Autoevaluación de las mismas plantas de tratamiento. - Comparativa datos de plantas contra datos de proyectos, artículos científicos o tesis del mismo material y mismas condiciones. A continuación se muestra un esquema de las propiedades globales que se analizaron en la transcurso de la investigación. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 38 | 221 PROPIEDADES GEOMÉTRICAS - Granulometrías (curvas granulométricas, módulo granulométrico) UNE-EN 933-1 y UNE-EN 933-2 o UNE 103101 - Contenido de finos (%) UNE-EN 933-2 - Contenido de partículas < 4 mm (%) UNE-EN 933-2 - Porcentaje de partículas trituradas UNE-EN 933-5 - Ensayo para la clasificación de los componentes de los áridos gruesos reciclados UNE-EN 933-11. PROPIEDADES FÍSICAS - Densidad real UNE-EN 1097-6 - Densidad del suelo UNE 103-302-94 - Coeficiente de absorción y porosidad UNE-EN 1097-6 - Limite líquido UNE 103103 - Límite plástico UNE 103104 - Hinchamiento libre UNE 103601 - Humedad natural UNE 103300 - Clasificación de suelo UNE 14688-1 Y UNE 14688-2 PROPIEDADES MECÁNICAS - Resistencia a la fragmentación UNE-EN 1097-2 - Compresión simple en probetas UNE 103400 - Esfuerzo cortante UNE 103401 - Ensayo de compactación. Proctor normal UNE 103501 Dichas pruebas no contemplan en el análisis de control de las plantas de tratamiento, pero de acuerdo con la bibliografía consultada es necesario que se realice un seguimiento de los controles de calidad de los materiales resultantes de los procesos de trituración, con la finalidad de aunar en los estándares que promuevan su implementación. CRITERIOS PRELIMINARES PARA LA BASE DE DATOS DEL MODELO Atendiendo al esfuerzo de integrar todas las características que guardan los granulados de NFU´s, se presenta una propuesta metodológica inspirada en la realización de una Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 39 | 221 clasificación textual (clasificación de las características de cada elemento por campos de conocimiento) y otra clasificación gráfica (dibujo de cada uno de los componentes de la generalidad de una manera individual y pormenorizada) de los elementos analizados. Dicho método se realizó a través de un estudio estadístico comparativo de semejanzas y diferencias existentes entre las granulometrías evaluadas, siendo este el caso de las características geométricas, mecánicas y físicas. CRITERIOS PARA LA EVALUACIÓN DE POSIBLES APLICACIONES El criterio de evaluación que siguió para el estudio de los posibles usos, se realizó de acuerdo con las distintas aplicaciones de los NFU´s, se han subdividido en tres grupos: - Aplicaciones ya implantadas. - Aplicaciones en fase de desarrollo. - Aplicaciones potenciales todavía no desarrolladas. 2.4. Trayectoria investigadora La doctoranda de la presente tesis ha realizado los siguientes trabajos preliminares que reflexionan sobre el potencial que encierran los materiales reciclados: _Tesis Maestría en Infraestructura de Transporte en la rama de las vías terrestres. 2014- 2016. UMSNH. ´(YDOXDFLyQGHÉULGRV5HFLFODGRVSDUDVXLPSOHPHQWDFLyQHQ3DYLPHQWRV5tJLGRVµ Se buscaba determinar si era factible utilizar áridos gruesos reciclados en la elaboración de hormigones para pavimentos rígidos, tomando en consideración la identificación y descripción de los mismos. De acuerdo con los resultados obtenidos durante la experimentación, se puede concluir que los áridos gruesos reciclados procedentes de la demolición de edificios, pavimentos de hormigón hidráulico y especímenes de laboratorio, pueden considerarse como áridos gruesos en la fabricación de nuevos hormigones para pavimentos rígidos. A partir de la prueba de flexión realizada, este estudio demostró que la implementación de áridos reciclados para hormigones en pavimentos rígidos no tiene afectaciones relevantes. Como ejemplo, se expone la Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 46 | 221 De forma simplificada, se puede decir que un contenedor de obra de reforma tiene un 80% de productos de origen pétreo y un 20% de productos mixtos de la construcción. Entre los primeros se encuentran (Tabla 2) [46]: Tabla 2. Porcentajes de elementos que componen los RCD´s. Fuente: [38]. RCD´S origen pétreo 80% RCD´S origen mixto 20% Cerámicos 54% Voluminosos 7% Hormigón 17% Varios 6,5% Asfaltos 5% Madera 4% Tierras y piedras 4% Metales 2.5% 3.2.4. Características de los áridos RCD´s Los áridos RCD´s pueden presentar una gran heterogeneidad en sus propiedades, dependiendo principalmente de la calidad del material que entra en la línea de reciclaje y del tipo de procesamiento efectuado en la planta. Sin embargo, mediante el control de estos dos parámetros, se puede obtener un árido de una calidad adecuada para muchas aplicaciones en ingeniería civil [47]. La distribución granulométrica del árido reciclado es una de las propiedades que más se puede controlar en las plantas de tratamiento. Tiene un papel primordial en la elección de la dosificación del hormigón, ya que afecta a las propiedades de trabajabilidad, grado de compactación, resistencia, porosidad, permeabilidad y durabilidad del hormigón resultante [40]. Diversos estudios han demostrado que el contenido de mortero está directamente relacionado con propiedades como: la densidad, el coeficiente de absorción y el desgaste de los Ángeles [48]. En otros estudios se encontró una relación entre la absorción y el coeficiente de desgaste, donde se observa que a mayor absorción, mayor es el coeficiente de desgaste [9]. El módulo granulométrico del árido reciclado, para un mismo tamaño máximo de árido, presenta pequeñas variaciones, dependiendo principalmente del sistema de triturado y, en menor medida, de la calidad del hormigón original [49, p. 102]. Algunos estudios han Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 47 | 221 valorado la forma del árido a través de su angulosidad, concluyendo que las partículas de áridos reciclados son más angulosas [50]. Las fracciones de menor tamaño, en el caso de los áridos gruesos, son las que presentan una forma más desfavorable, utilizando como referencia tanto el coeficiente de forma como el índice de lajas [51]. El tamaño del árido RCD´s influye de manera decisiva sobre la absorción. En las fracciones más finas, la absorción es mayor, en función del mortero adherido [52] (cuyo porcentaje varía entre 25-60% [17]), provocando también una textura más rugosa y porosa [53], lo cual tiene a su vez una influencia decisiva sobre la capacidad de absorción de agua. La absorción específica y la velocidad de absorción en los áridos reciclados es mayor que en los áridos convencionales [54]. El porcentaje de árido grueso obtenido suele variar alrededor del 70-90% del árido total producido. La EHE-08 [55] indica que el coeficiente de forma del árido grueso debe ser superior a 0,20. El mortero adherido también provoca densidades inferiores que las del árido convencional [56, p. 106]. La densidad suele oscilar entre 2.100 y 2.400 kg/m3, mientras que la densidad saturada con superficie seca varía entre 2.300 y 2.500 kg/m3, de manera que en todos los casos, se pueden considerar estos áridos de densidad normal (no ligeros) [52]. En la mayoría de los estudios se observa el mismo comportamiento. En las preparaciones de hormigón se distingue una disminución de la densidad y un incremento de la absorción de agua y porosidad, a medida que incrementa el de sustitución del árido. Se establece una relación lineal entre la disminución de la densidad aparente de los hormigones fabricados con RCD´s y las propiedades de resistencia a flexión y compresión [11]. Las propiedades producidas por el contenido de mortero adherido en los áridos reciclados (menor densidad y mayor absorción), ejercen un cambio significativo en su comportamiento, ya que afecta negativamente al módulo de elasticidad del hormigón, a su retracción, fluencia y durabilidad [26]. Julie Anne [57] analizó diferentes porcentajes de sustitución de árido reciclado grueso, y visualizo que entre más elevado es la sustitución de RCD´s más baja la resistencia a Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 48 | 221 compresión. Es importante mencionar que el árido de RCD´s en algunos casos puede funcionar como un foco de propagación de la carbonatación, porque no impide el paso del CO2 como un árido convencional, por lo que se establece siempre realizar la prueba de carbonatación a la muestras a implementar [44]. Por lo tanto, esto condiciona el comportamiento del hormigón que se fabrique con ellos. Cuando los áridos reciclados son producto de una sola etapa de trituración (cono o mandíbula) la resistencia del hormigón varía entre el 93% al 97% de la resistencia del hormigón de control [58]. Analizando el contenido de mortero en el árido reciclado, se conoce que su comportamiento depende en gran medida de la relación a/c del hormigón de origen. La interfaz que se crea en la zona de transición del mortero de la pasta de cemento endurecida próxima a la superficie de los áridos es distinta a la que se presenta en la interfaz árido - pasta; esta región constituye la zona de transición, su espesor dependerá de diversas variables, pero es, como máximo, de unas 50 µm [59]. Con el aumento del tiempo de hidratación, la resistencia de dicha zona puede llegar a ser incluso mayor que la del mismo mortero [26]. 3.2.5. Plantas de tratamiento y valorización de los áridos RCD´s La innovación en las plantas de tratamiento es sin duda uno de los grandes retos a cumplir. La tecnología utilizada para el reciclaje de los RCD´s permite maximizar la recuperación de recursos de alta calidad y reducir a la vez los costes de procesamiento y eliminación. Sólo una adecuada planificación de las instalaciones para dotarlas de las tecnologías más avanzadas permitirá alcanzar los objetivos fijados en el 2030 [16]. El proceso de las plantas de valorización o reciclaje de RCD´s inicia con la entrada del material que tras una serie de procesos de trituración y tratamiento, se transforma en áridos reciclados. Es de esperar que todas las plantas cuenten con un protocolo para garantizar el correcto cumplimiento de sus funciones. Este proceso incluye la separación según su volumen, composición y granulometría en diferentes acopios, que continúa con la separación de los metales, maderas, papel y cartón, y otros materiales de gran volumen no aptos. Por último, el material pasa por una cribadora donde es separada su fracción Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 49 | 221 más fina, como arenas y arcillas, para pasar a la máquina trituradora donde se obtiene el producto final reciclado [58]. Para entrar a detalle sobre las plantas de tratamiento es importante mencionar previamente cómo se lleva a cabo su dimensionamiento, que depende del número de habitantes en un área de 30 Km2 (40 Km2 como máximo, si no hubiera ninguna otra planta en dicha zona de influencia). Siempre se parte de que cada habitante produce alrededor de 1 tonelada al año, que sólo se trata de media el 40% y que únicamente se valorizan y pasan a RCD´s un 12-15% de los que se generan en España, se puede realizar una estimación básica de la cantidad de RCD´s de las plantas [60]. Actualmente, y con el fin de conseguir áridos reciclados de mejor calidad, se ha implementado una etapa adicional de separación hidráulica que optimice la retirada de los contaminantes más ligeros (yesos), dejando el material pétreo más limpio. Para una muestra homogénea, dichos estudios indican que la fracción ligera está formada por la fracción no pétrea y yesos, la fracción media por cerámicos y la fracción pesada principalmente por hormigón. Sin embargo, en España solamente un el 15% de las plantas activas cuentan con dichos equipos [61]. 3.3. Europa y España: Áridos RCD´s. 3.3.1. Marco legal y régimen jurídico europeo de RCD´s Las directrices de la Comunidad Europea en materia de gestión de residuos, establecen como prioritarias las alternativas de reducción, reutilización y reciclaje, anteponiendo este tipo de principios al vertido, que se convierte en la última opción. Existen diferentes directrices que lo garantizan: - 'LUHFWLYD´3UHYHQFLyQ\&RQWUROLQWHJUDGRVGHOD&RQWDPLQDFLyQµ - Directiva 19´9HUWLGRGH5HVLGXRVµ - 'HFLVLyQ´$SOLFDFLyQGHOD'LUHFWLYDµ - Decisión de la Comisión 2000/532/CE, que establece una lista de residuos de conformidad con la Directiva 75/442/CEE, y sus modificaciones, efectuadas mediante la decisión de la comisión 2001/119/CE. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 50 | 221 - Directiva 2008/98/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, sobre los residuos y por la que se derogan determinadas Directivas. A continuación se enlista la bibliografía sobre la normativa técnica internacional relacionada con la implementación de los RCD´s en hormigón (Tabla 3) [41] . Tabla 3. Normativa internacional sobre RCD´s. Fuente: [41]. PAÍSES NORMATIVA JAPÓN "Proposed standard for the use of recycles aggregate and recycled aggregate concrete" .Building Contractors Society of Japan (BCS). 1977. "Proposed Recommended Practice for Design and Construction of Concrete Structures Made Using Recycled Aggregate". 1986. "Proposed Specification for Concrete Containing Recycled Coarse Aggregate" 1996. AUSTRALIA Guía australiana para la utilización de árido reciclado (RCA) en hormigón. 1998. CHINA Recomendaciones BS 812. 2002. ALEMANIA DIN 4226-1:2000: "Concrete Agrégate". REINO UNIDO BSG "Use of industrial by-products and waste materials in building engineering". British Standard Guide 6543. 1985. "Recycled Aggregates: BRE Digest 433" 1998. "Quality Control: The production of Recycled Aggregates. BR 392". ISBN 186081381 X. BS 8500-2:2002: "Concrete-Complementary British Standard to BS EN 206-1. WRAP "Mix Design Specification for Low Strength Conetes containing Recycled and Secondary Aggregates". 2002. BRASIL "Recycled Aggregate Standardization in Brazil". Universidad Estadual paulista, Centro Universitario do Instituto Mauá de Tecnología, Universidad de Taubate.2004. FRANCIA Guide technique pour lilisation des matériaux régionaux dÍlede- France: les bétons et produits de démolition reciclés - LCPC, Paris. December 1996. DINAMARCA Danish Concrete Association. "Recommendations for the use of recycled aggregates for concrete in passive environmental class". Publication Nº34, 1990. PAISES BAJOS CUR report nr. 125 "Crushed Concrete Rubble and Masonry Rubble as Aggregate for Concrete". AUSTRIA Austrian Quality Protection, Association for Recycled Building Materials. "Guidelines for recycled building materials".1992. Guidelines for Recycled Construction Materials from Building Construction, Application Cement-bonded Substances. Guidelines for Recycled Construction Materials from Building Construction, Application Unbound Substances. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 51 | 221 3.3.2. Situación en Europa Debido a la disponibilidad de áridos naturales y a la facilidad y bajo coste del vertido de desechos (escombros, residuos industriales), el reciclado ha sido históricamente bajo en España y en el mundo en general. A pesar de ello, esta situación ha cambiado gracias a las políticas de gestión de residuos y también a las iniciativas privadas, que promueven el reciclaje por motivos medioambientales, indicando que la moderada explotación produce una condición sostenible en los áridos y apostando por la recuperación de los mismos. En la UE, la falta de confianza en la calidad de los materiales reciclados se presenta como una de los obstáculos a la hora de reciclar y reutilizar residuos. Esta desconfianza restringe y reduce la demanda de materiales reciclados, contraponiéndose al desarrollo de infraestructuras de reciclaje en la UE. Existen múltiples experiencias en todo el mundo sobre la implementación de áridos reciclados en procesos de construcción. Prevalecen sobre todo los lugares en los que el árido natural es escaso y costoso, por ejemplo los países del centro de Europa (Bélgica y Holanda), donde se tienen estadísticas de que se llega a reciclar entre el 80 y 90% de los RCD´s [62]. Cabe señalar que buena parte se recicla para volver a ser utilizado como material de construcción, donde se da un valor igualitario del árido reciclado de baja calidad. En el panorama internacional se observa que el grado de reciclaje de cada país depende principalmente de la disponibilidad de materias primas, del volumen generado de cada residuo y del impacto medioambiental que suponga el depósito en vertedero. Asimismo, algunas iniciativas administrativas adoptadas en diferentes países han tenido efectos muy positivos, al conseguir elevar de forma considerable los niveles de reciclaje [46]. Tam [63] realizó una extensa encuesta de campo en industrias de construcción japonesas y australianas y concluyó que en Australia la opinión predominante sigue siendo que los áridos reciclados son costosos y tienen aplicaciones limitadas, lo que lleva al autor a proponer una política unificada de reciclaje. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 52 | 221 La situación que guardan los RCD´s en Finlandia es muy crítica ya que de todos los áridos utilizados en ese país en 2013, sólo el 1% deriva de RCD´s. Esta cifra está muy por detrás de Holanda, donde el 25% de los áridos que se utilizan tienen origen reciclado [64]. 3.3.3. Situación en España Desde 1993 se desarrolla en España el sector de los RCD´s, para el año 1995 se contaba con tres plantas de tratamiento, tratándose el 1,5% de los RCD´s producidos, mientras que la media europea ya se encontraba en el 28% [40]. Para el 2000, se contaba con 50 plantas con un 5-7% de RCD´s tratado, en Europa se contaba con el 43% de RCD´s tratado [61]. Se indica que la gestión de RCD´s en España en el periodo 2011-2015, reflejaba que el 70% de todos los RCD´s producidos se disponían en plantas de gestión y tratamiento. De este 70%, el 39% se ha reciclado, un 24% termina depositado en el vertedero, y un 7% se encuentra acopiado (stock). Un 30% de la producción puede considerarse incontrolada y depositada en lugares no autorizados [65]. A nivel Estatal, la legislación básica en materia de 5&'·V la forman la Ley 22/2011 sobre residuos y suelos contaminados, que transpone la Directiva Europea Directiva 2008/98/CE sobre residuos, y de manera específica el Real Decreto 105/2008 por el que se regula la producción y gestión de los residuos de construcción y demolición [45]. Ley 22/2011 sobre residuos y suelos contaminados De la cual se destaca lo siguiente: - Implementación de tipos de obras: menores sin exigencia de proyecto técnico, y las mayores con apartado de intervención dentro del proyecto. - La aplicación obligatoria del Principio de la Jerarquía de residuos, siguiendo el orden de: Prevención, Reutilización, Reciclado, Valorización energética y Eliminación. - La correspondiente obligación ya sea del productor u otro poseedor inicial de la gestión de sus residuos. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 53 | 221 - El cumplimiento del productor a constituir una garantía o fianza respecto a los costes de reparación y recuperación del medio ambiente y la gestión de los residuos. Real Decreto 105/2008 sobre RCD´s De acuerdo con la normativa específica de los RCD´s se debe cumplir: - Se especifica la diferencia entre productor (promotor) y poseedor (contratista). - Se requiere el Estudio de Gestión de Residuos (EGR) para toda obra mayor y en función de este, el establecimiento de la fianza a la concesión de la licencia. - Se realiza la obligatoriedad del productor de establecer una garantía o fianza respecto a los costes de reparación y recuperación del medio ambiente y la gestión de los residuos. - Se establece que los Ayuntamientos por medio de sus ordenanzas municipales, regulen la gestión de los residuos domésticos provenientes de las obras menores. 4. RESIDUOS INDUSTRIALES: GRANULADOS DE NFU´s 4.1. Aspectos generales de la Industria de los NFU´s 4.1.1. Problemática de la Industria de los neumáticos En la actualidad, EUA, la UE, Japón y la India producen casi el 88% de los NFU´s en todo el mundo [66]. Los NFU´s representan aproximadamente 6,7 millones de toneladas de residuos en la UE cada año. Francia, el Reino Unido, Italia y España son responsables de aproximadamente el 80% de la producción europea de residuos generados por los NFU´s [32], [67]. Si se tiene en cuenta que el 70% del neumático es caucho [67], se puede afirmar que en la Unión Europea se generan anualmente unos 4,7 millones de toneladas de granulado de caucho. En cuestión de la evolución dentro de la UE de la gestión de los NFU´s, entre los años 1998 y 2006, se tiene como datos relevantes los comentados a continuación [68, p. 90]: Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 54 | 221 - En 1998 el 40 % de los NFU´s de los 12 países fueron depositados en vertedero, y sólo el 60% fue tratado por otras vías. - En 2006 la situación ha sido totalmente diferente: en los 15 países miembros, el 87 % de los neumáticos usados fueron llevados a reutilización, recauchutado, reciclado o recuperación energética, y un 13% fueron llevados a vertedero. - Las dos vías principales de valorización, son el reciclado y la recuperación energética, a las que se destinan el 71% de los NFU´s. Aunque el NFU´s no es considerado como un residuo tóxico ni peligroso, es importante recordar los siguientes aspectos [69, p. 26]: - Según los datos proporcionados por la Oficina de Estadísticas de Australia, la vida útil promedio de un neumático estándar es de tan solo 4 años (40.000/50.000 Km), teniendo que ser remplazado en un corto periodo de tiempo. Se acumulan rápidamente grandes cantidades de neumáticos de desecho. - Es un material no biodegradable, por lo que su persistencia en el tiempo puede alcanzar largos períodos. Se requieren 10 siglos para que un neumático se degrade y desaparezca de la naturaleza [28]. - Los problemas de sobreacumulación de residuos industriales se han convertido en un problema mundial, especialmente en lo que respecta a los residuos que ocupan espacios de almacenamiento tan grandes como los NFU´s [29]. - El principal problema relacionado con las grandes superficies de almacenamiento de neumáticos es su alta inflamabilidad y los riesgos potenciales para el medio ambiente y la salud humana [70]²[72]. Su alta capacidad calorífica pueden provocar incendios de grandes magnitudes difíciles de controlar. - La quema directa provoca graves problemas medioambientales debido a las emisiones de gases nocivos. - En el caso de ser almacenados contribuyen a la proliferación de roedores e insectos, los mosquitos portadores de enfermedades pueden encontrar un caldo de cultivo [73], como por ejemplo los transmisores de enfermedades como el dengue. Para la fabricación de un neumático se necesitan grandes cantidades de energía, aproximadamente medio barril de petróleo crudo para fabricar un neumático de camión Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 55 | 221 [74]. En el 2000 en España, se generaban anualmente unas 250.000 toneladas de NFU´s, de las que sólo se reciclaba el 1,5 %. El 11,1 % se destinaba a recauchutado, el 4,6%, a valorización energética, y el 82,8% acababa abandonado o depositado en vertederos. El stock histórico existente era de alrededor de cuatro millones de toneladas de NFU´s en vertederos y áreas incontroladas que debía gestionarse [75]. A continuación se ilustra (ver Ilustración 7) el inventario de acopios abandonados [76] en el 2017 en España. Ilustración 7. Acopios abandonados inventariados en España (mayo 2017) [77, p. 28]. La representación final en un mapa de la localización de los acopios permite entender la extensión del problema [76]. En 2017 existían 9 acopios de más de 1000 toneladas: A Laracha (Galicia), Yunclillos, Consuegra y Argamasilla de Alba (Castilla-La Mancha), Campos del Río (Murcia), Chiva y Godella (Valencia), Arico en Tenerife (Canarias) y Mengíbar (Jaén) [76]. Esto hace que sea importante desarrollar nuevas aplicaciones y nuevos mercados para este residuo industrial. Para encontrar soluciones a los problemas medioambientales y a las amenazas para la salud causadas por los residuos de neumáticos, los países con las mayores industrias Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 63 | 221 reciclado de materiales de los NFU´s; como resultado, aparecen cinco tipos diferentes de productos de caucho (véase la tabla 6). Los sistemas de trituración de caucho se establecen en función de la demanda actual del mercado. Los materiales producidos en las distintas etapas de los procesos de tratamiento, principalmente a través de la reducción de tamaño de los NFU´s, pueden clasificarse en gran medida en función de su(s) dimensión(es). Éstas se describen en la norma ASTM D6270-17 [96] y la norma EN 14243 [95]; se presentan en la Tabla 6, mientras que la Ilustración 11 muestra los tamaños de partícula producidos típicamente para aplicaciones de ingeniería civil. Tabla 6. Clasificación de los NFU´s por tamaño y dimensiones PRODUCTO EUA ASTM D6270-17 [96] EUROPA CWA 14243 UNE-EN 14243-1 [95] Neumático entero/ Whole tyre Sin procesar Sin procesar Agregados Derivados de Neumáticos/ Tire Derived Aggregate (TDA) 12-305 mm --- Cortes --- PP Tiras/ Triturado/ Shreds (A) 50 - 305 mm / Mecánica ² Reducción a temperatura ambiente 20 mm - 400 mm Astillas/ viruta/ Chips (B) 12 - 50 mm / Mecánica ² Reducción a temperatura ambiente 10 mm - 50 mm Granulado/ Granulated rubber (C) njPPDOODPP- 12 mm 0,8 mm - 20 mm Polvo/ Powdered rubber (D) njPPDOODPP < 0,8 mm Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 61 | 221 limos 0,002-0,06 mm; arenas 0,06-2,00 mm; gravas 2,0-60,0 mm. Sin embargo, los granulados de caucho se clasifican por el proceso de trituración de los NFU´s. Existen diferentes métodos para su obtención. El método más utilizado es el mecánico, que consiste en realizar continuos procesos de trituración a partir de molinos y clasificados hasta llegar al tamaño de partícula deseado, así como la separación de las fibras textiles y piezas metálicas [67]. Se puede afirmar que el sistema más completo de reducción mecánica de tamaño es el granulado. Se produce a partir del troceado de los NFU´s entre 50 y 300 mm, seguidamente, además de reducir el material a tamaños entre 5 y 25 mm, se separan magnéticamente los elementos metálicos, posteriormente el material puede someterse a reducciones de tamaño según las especificaciones del cliente final: 0-0,5 mm, 0,5-2 mm, 2-7 mm, 7-15 mm (Ver ilustración 10). En esta investigación se parte de las granulometrías que se suelen ofertar para el conjunto de aplicaciones ya implementadas en el mercado. Ilustración 10. Esquema del proceso granulado del NFU´s. Fuente: [68]. De acuerdo con las especificaciones de uso de los diferentes tamaños de caucho triturado, así como acero y fibras, se puede tener la siguiente clasificación [28]: - Caucho 0,0 ² 0,6 mm: empleado en asfaltos y mezclas bituminosas. - Caucho 0,6 - 2 mm: empleado en campos de césped artificial. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 64 | 221 Ilustración 11. Ejemplos de piezas de NFU´s, muestras RENEAN y RMD. Dado el limitado número de investigaciones que utilizan partículas de caucho de diámetro inferior a 12 mm, esta investigación se centra en el estudio de las propiedades de esta clase de material, clasificado como caucho granulado (C). Es importante destacar que se ha evaluado la franja granulométrica que no contiene acero embebido en el caucho, evitando así los posibles problemas de oxidación. 4.2.2. Principales componentes de los NFU´s Los porcentajes de material del cual están compuestos los NFU´s atienden al tipo de vehículo para el que están destinados. La composición y características varían de un tipo neumático a otro e incluso dentro de un mismo tipo, pueden existir enormes diferencias [77, p. 16]. Haciendo un esquema de los elementos que conforman un neumático, la tabla 7 muestra la composición media de los principales tipos de neumáticos, acompañada de los valores reflejados en la norma UNE-CEN/TS 17045:2020 [97]. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 65 | 221 Tabla 7. Composición media de los principales tipos de neumáticos (%). Fuente: [77, p. 18], [97]. TIPO DE NEUMÁTICO CAUCHO (%) ACERO (%) TEXTIL (%) Turismo 78 - 79% 16-16,5% 5-5,5% Camión 73-75% 25-26.5% 0,5 < 1% Industriales (Obra Civil) 86% 11% 3% Agrícola 80% 3% 17% La producción de neumáticos turísticos y camiones lidera los porcentajes de producción. A continuación se enlista una distribución aproximada de los principales materiales empleados en la fabricación de neumáticos, tanto de turismo como de camión (ver tabla 8). Tabla 8. Principales componentes de los NFU´s. Fuente: [98]. MATERIAL NEUMÁTICO TURISTICO NEUMÁTICO CAMIÓN Caucho (30 sintéticos, 8 naturales) 48% 45% Negro de carbón (8 tipos) y sílice 22% 22% Metal 15% 25% Textil (Fibra de poliéster y nylon) 5% - Óxido de zinc 1% 2% Azufre 1% 1% Aditivos (40 productos químicos diferentes, como ceras, aceites, pigmentos, sílices y arcillas. 8% 5% En los neumáticos de turismo el contenido de caucho natural es del orden del 65% del caucho total, mientras que en los de camión es del 72% aproximadamente [98]. En cuanto a las sustancias peligrosas, un neumático contiene aproximadamente un 1,5% en peso de compuestos peligrosos como Cadmio (Cd), compuestos Zinc (Zn), cobre (Cu) o plomo (Pb), soluciones ácidas o ácidos en forma sólida y compuestos órgano halogenados [77]. 4.2.3. Estructura de un neumático Un neumático está compuesto de numerosos elementos, cuya disposición de orden descendente se enlista a continuación: banda de rodadura, cinturones, carcasa, aro de talón, revestimiento interior y flanco [77]. Sus principales características se muestran en la Ilustración 12. De acuerdo con las propiedades de la banda de rodamiento (rodadura) se le exigen dos características principales: elevada resistencia a la abrasión y buen funcionamiento en relación al agarre los pavimentos, tanto secos como húmedos. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 66 | 221 Ilustración 12. Características de los elementos de un neumático. Fuente: [77, p. 18] 4.2.4. Propiedades físicas NFU´s La curva granulométrica de los NFU´s tiende a la uniformidad por el correspondiente proceso de trituración. Se observan porcentajes altos de un solo tamaño de partícula, llegando a tener hasta el 90% de un solo tamaño [69, p. 89]. Para tamaños de gran magnitud (Astillas ² Chips 12-50 mm) el proceso de trituración produce piezas planas y de formas irregulares [99, p. 20]. En los estudios de Susanna Valls (2014) [100, p. 59] se observó a partir de la prueba de la lupa binocular, que las partículas de caucho finas y gruesas (0,425 mm - 12 mm) tienen una superficie angular derivada de la trituración Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 67 | 221 mecánica a la que son sometidas. Se observaron restos de fibras textiles adheridas en algunas partículas de caucho en las partículas de 0,6-2mm (aumentos 15x). La característica de la absorción que se relaciona con el tamaño de la partícula, tiene un comportamiento similar al de áridos convencionales. Las muestras con tamaño nominal pequeño (menores a 4 mm) su absorción aumenta de 0,55 a 1,45%, un hecho que podría ser debido a su mayor superficie específica. Se han obtenido valores de absorción de agua entre 3% y 7 % (en peso) en investigaciones estudiadas [91]. Humphrey y otros (1992), encontraron que la absorción de agua para tres muestras de NFU´s troceados, usando el método AASHTO T 85-85, y obtuvo valores entre 2 y 4,3%. En las investigaciones de Pierce, C (2003) [101] se obtuvieron valores de absorción equivalente al 2,4% de su peso en condiciones de superficie seca saturada. Esta capacidad de absorción es relativamente alta en comparación con la arena, que normalmente tiene una capacidad de absorción del 0,5% o menos [101]. En las investigaciones de Karla Andreina (2011) se muestra que en las granulometrías de NFU´s (2-0,25mm), se obtienen valores elevados de absorción, del orden del 11% hasta algunos casos el 50 % [69, p. 89]. Estos valores se encuentran muy por encima de la media de investigaciones anteriores. Los valores de gravedad específica de las astillas²chips (12-50 mm) presentan valores alrededor de 1,08 ~ 1,44 t/m3 [91], [102, p. 37]. En general, los granulados de NFU´s presentan valores considerablemente más bajos que los áridos minerales comunes, por ejemplo, 2,60 a 2,80 t/m3 [100], [103]. La densidad de una pieza individual de NFU´s está comprendida entre 1,15 y 1,45 t/m3 [99], [104] mientras que para el granulado se tienen valores entre 0,40 y 0,60 t/m3; rango comprendido entre 0,42 y 0,99 t/m3; 0,63 y 0,84 t/m3 compactada [80], [91] independientemente del tamaño de partícula[105]. Se ha observado que las muestras con mayor cantidad de acero suelto y/o embebido, tienen un peso específico y densidad aparente mayor que las que no contienen acero o solamente poseen textil [80], así como con la disposición de los trozos para D50 (deja pasar el 50%)> 36mm, encontrándose del orden de un tercio a un medio de la densidad seca aparente de suelos convencionales. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 68 | 221 De esta manera los NFU´s indican un potencial material de relleno con peso propio muy ligero [91]. En relación a las propiedades hidráulicas que debe tenerse en cuenta al determinar la idoneidad de un material para su uso en sistemas de drenaje, la caracterización hidráulica de los gránulos NFU´s se centra en la permeabilidad del residuo. Para esta propiedad ,que se relaciona con el contenido inicial de humedad y la capacidad de absorción, los granulados de NFU´s cuentan con una permeabilidad elevada, asimilable a la correspondiente a las arenas finas, con coeficientes de permeabilidad en torno a 5 x 10- 2 cm/s [91], [106]. Los estudios de Carlos Hidalgo (2017) muestran valores de 7 x 10-3 cm/s [81]. CEDEX (2013) [106] indicando que el índice de poros se puede considerar similar a la de una grava limpia, en torno a 1,5 y 15 cm/s. Las piezas con un tamaño de poro más grande, facilitan la permeabilidad y producen una mayor conductividad hidráulica. Las virutas de neumáticos (12-50 mm) tienen una alta conductividad hidráulica como la grava, aproximadamente 10-1 cm/s [102]. 4.2.5. Propiedades mecánicas NFU´s Las propiedades mecánicas de los granulados de NFU´s se centran en dos de los aspectos más relevantes del residuo: la compresibilidad y la resistencia al corte. Estas propiedades se encuentran vinculadas a la alta elasticidad, elevada resistencia al corte, resistencia a la acción del moho, calor, humedad, luz solar y rayos ultravioletas. Los ángulos de fricción interna de los TDA (12-305 mm) varían entre 6° y 60°, mientras que los intermedios de cohesión oscilan entre 0 y 82 kPa [107] . El contenido óptimo de agua de las mezclas con arcilla o limo y virutas de NFU´s se mantiene constante a medida que aumenta el contenido de virutas de neumáticos usados. Los NFU´s son difícilmente compactables, debido a su morfología tórica y elasticidad. Se ha detectado que el tamaño de las partículas no afecta a los parámetros de cohesión, ángulos de rozamiento y módulos de deformabilidad, siempre que se encuentren dentro del rango 25-100 mm. [99, p. 21]. Sin embargo, el tamaño de las partículas de NFU´s tiene un efecto importante en la respuesta mecánica de las mezclas Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 69 | 221 que puede dar como resultado una disminución de la resistencia y un módulo de corte máximo [41]. La compresibilidad del caucho puro es notablemente más alta que la de los áridos convencionales, lo que puede debilitar la capacidad de servicio de las estructuras geotécnicas [103]. De acuerdo a los ensayos de compresibilidad realizados en laboratorio [91], sus resultados arrojaron un módulo de deformación mucho menor al habitual de suelos convencionales. Las deformaciones más relevantes se generan en la fase inicial de asientos, indicando una compactación inicial del residuo, que evita este tipo de patologías. La relación de Poisson de los TDA varía entre 0,17 y 0,45 y el módulo de Young entre 0,77 y 1,25 MPa [108]. Estos valores aumentan con el aumento de la presión de confinamiento. La resistencia al cizallamiento máxima sólo se puede alcanzar a partir del 20% del desplazamiento total [102]. En los estudios de Susanna Valls (2014) [100, p. 66] se visualizó un descenso del módulo elástico de las probetas que contienen NFU´s en comparación con la probeta de referencia. Se estima que independientemente del tipo de NFU´s, se observa que al aumentar la dosificación de NFU´s se reduce el modulo elástico. De ahí que se genere una correlación directa entre el módulo elástico y la resistencia a compresión, ambos decrecen al aumentar las los porcentajes de NFU´s en las muestras. Sin embargo, en porcentajes inferiores al 20% en adición, las partículas de NFU´s mejoran las características de deformación elástica de suelos con problemas de hinchamiento, reduce sensiblemente el hinchamiento [109] y el suelo muestra una mejora en la resistencia a la compresión [110]. Algunas investigaciones sugieren que son posibles aumentos leves en la resistencia con la incorporación de caucho en suelos arenosos / arcillosos hasta un nivel óptimo. Sin embargo, Mohajeran et al. (2020) [105] afirman que no se puede generalizar, ya que cada uno de los experimentos parten de parámetros muy diferentes (tipo de suelo, tipo de caucho, tamaño de partícula de caucho y porcentaje de contenido de caucho), los cuales tienen una gran influencia en el comportamiento del material. La variabilidad de los parámetros del suelo hace que generalizar los resultados de este tipo de estudios sea muy difícil. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 70 | 221 Los estudios [100] que comparaban el efecto de la adición de partículas finas y gruesas de NFU´s coinciden en que las gruesas generan una reducción mayor en las propiedades mecánicas del hormigón fabricado con dichos granulados. El índice de compresibilidad (Cc) sigue siendo similar al del suelo convencional cuando el contenido de caucho es inferior al 15%. Para un mayor contenido de NFU´s, este índice aumenta drásticamente, mostrando que un mayor contenido de NFU´s conduciría a un suelo con alta compresibilidad [109]. De acuerdo con los resultados de Suat Akbulut et al. (2017) [111] en donde se realizaron investigaciones del efecto del caucho y fibras sintéticas sobre los parámetros de resistencia al cizallamiento, las pruebas de caja de corte mostraron que los valores de cohesión y ángulo de fricción interna aumentaron por la adición de caucho de neumáticos. Los valores máximos de cohesión de las muestras reforzadas se observaron para trozos de 30 mm como 219 kPa, que es 1,2 veces más que el de las muestras no reforzadas. En los estudios de Carlos Hidalgo (2016) [112] los resultados muestran que el módulo resiliente (Mr) tiende a disminuir a medida que aumenta el contenido de caucho en mezclas con arena. Esto podría dar lugar a mezclas inestables que experimentan grandes deformaciones después de un pequeño número de ciclos de carga. 4.2.6. Propiedades químicas NFU´s Podemos atribuir que las características químicas que guardan los granulados de NFU´s dependen en gran parte de la composición del elemento. En la mayoría de los casos, se puede señalar que el caucho bruto se mezcla con numerosas sustancias que modifican sus características para la generación de un neumático. De estas sustancias se pueden señalar el carbonato de calcio y la baritina o sulfato de bario, además de otros aditivos reforzantes que también se añaden para dar dureza al producto final, como el negro de humo, óxido de zinc, carbonato de magnesio y ciertas arcillas. [91, p. 11]. En relación al contenido de minerales, los principales son: el óxido de zinc, el azufre y el negro de carbono (20-30% en combustión incompleta de hidrocarburos) y otros Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 71 | 221 compuestos metálicos como antioxidante y antiozono. Se indica que el negro de carbono reduce el envejecimiento del polvo de neumáticos en ligantes bituminosos [99, p. 19]. En general, se puede decir que los TDA´s tienen una alta durabilidad. Sin embargo, las fibras de acero pueden corroerse con efectos peligrosos para el medio ambiente [102]. El lixiviado de metales pesados, particularmente zinc, es la principal preocupación cuando se consideran los NFU´s para su reutilización [105]. Los resultados del conjunto de las muestras evaluadas señalan que los lixiviados de NFU´s contienen unos niveles bajos (inferiores a los mínimos para consumo humano) de compuestos orgánicos volátiles y de metales pesados, a excepción de hierro y manganeso. También se indica que el hierro, el manganeso y el zinc procede de los alambres metálicos expuestos, por lo que resulta importante asegurarse de minimizar la cantidad de alambres no embebidos en el caucho [91]. En relación con las propiedades intrínsecas del NFU´s que afectan en el momento de implementarlo, existen numerosos estudios de caracterización de la lixiviación procedente de NFU´s. Los indicadores que pueden intervenir en la tasa de lixiviación y/o la concentración de compuestos en los lixiviados de neumáticos en el suelo, las aguas subterráneas y las aguas superficiales son los siguientes [77]: ² Tamaño del neumático: la lixiviación de neumáticos enteros es probable que sea más lenta que la producida a partir de astillas o tiras de neumáticos, debido a la diferencia en la relación entre superficie y volumen. ² Cantidad de acero expuesto: si el acero está expuesto es probable que la lixiviación de magnesio (Mn) y Hierro (Fe) sea más rápida que en neumáticos enteros. ² La exposición al ambiente químico: es probable que la lixiviación de los metales sea más rápida en condiciones ácidas, mientras que la lixiviación de compuestos orgánicos sea más rápida en condiciones básicas. ² La permeabilidad del suelo: la infiltración/percolación es más rápida en suelos permeables. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 78 | 221 Tabla 9. Programas en materia de residuos para NFU´s por comunidades. COMUNIDAD PROGRAMA ESPECÍFICO PARA NFU´s ANDALUCIA Apartado 9.3.7. Neumáticos; Residuos específicos; Plan Director Territorial de Gestión de Residuos Urbanos. ARAGON (La valorización y la eliminación son servicio público) Plan de gestión integral de residuos de Aragón 2009-2015: 1. Minimización 2. Reutilización 3. Valorización material de todos los NFU´s generados en Aragón en una planta del servicio público (concesión) 4. Impulso empleo polvo de caucho en obra pública. ASTURIAS Plan Básico de Gestión de Residuos en Asturias. Apartado 2.2.3. BALEARES Plan Director Sectorial para la Gestión de los RCD´s, voluminosos y NFU´s de la isla de Mallorca (aprobado el 8-4-2002) Aprobado por el Consell Insular de Mallorca el 22 de abril de 2002 (BOIB nº 59, de 16/05/2002). C.A.CASTILLA LA MANCHA Plan de Gestión de RU de CLM. Programa de Residuos Urbanos Especiales (RUE). Subprograma de NFU´s CATALUÑA Programa de Gestión de los Residuos Industriales de Cataluña (PROGRIC), según objetivos anteriores descritos dentro del marco general de residuos industriales, y en base a la normativa vigente. C. VALENCIANA Decreto 7/1/2003 Aprueba el Reglamento de producción, posesión y gestión de los NFU´s en la Comunidad Valenciana. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 79 | 221 5.2. Granulados de NFU´s y sus posibles aplicaciones 5.2.1. CWA 14243-2002 POST - CONSUMER TYRE MATERIALS AND APPLICATIONS (Postconsumo de neumáticos, materiales y aplicaciones) En Europa, la Asociación Europea de Reciclaje de Neumáticos (ETRA) ha sido la encargada de la creación de normativa relacionada con la industria del reciclaje de neumáticos y su post-consumo. CWA se divide en dos partes. La parte 1 se refiere a la producción de materiales de neumáticos post-consumo y la parte 2 es un manual de orientación que ofrece información más detallada sobre las posibles aplicaciones de los diferentes productos procesados. Recientemente se han publicado normas relativas a la gestión y control de calidad de los procesos de producción, con el fin de obtener estándares que beneficien la seguridad de utilización. El comité CEN/TC 366 RECICLAJE DE NEUMÁTICOS es el encargado de estandarizar los materiales producidos a partir del tratamiento de NFU´s (cortes, triturados, astillas, granulados, polvos, aceros, textiles), desarrollando estándares para ciertas características físicas de los materiales producidos a partir de ELT´s. A continuación se enlistan las normativas representativas del tema de estudio (Tabla 10): Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 80 | 221 Tabla 10. Normas relativas a la gestión y control de calidad de los NFU´s. CÓDIGO TITULO INFORMACIÓN GENERAL CEN / TS 17045: 2020 Materiales obtenidos de NFU´s. Criterios de calidad para la selección de neumáticos enteros, para procesos de recuperación y reciclaje. Este documento proporciona criterios para clasificar los NFU´s en diferentes clases según las categorías. También proporciona criterios para la determinación de su idoneidad para su uso en procesos de reciclaje y recuperación de materiales. EN 14243-1:2019 Materiales obtenidos a partir de NFU´s. Parte 1: Definiciones generales relativas a los métodos para la determinación de sus dimensiones e impurezas. Este documento proporciona definiciones generales para la recolección de muestras y la preparación de una muestra representativa basada en un plan de muestreo con el fin de determinar las dimensiones y las impurezas. EN 14243-2:2019 Materiales obtenidos a partir de NFU´s. Parte 2: Granulados y polvos. Métodos para determinar sus dimensiones e impurezas, incluyendo acero libre y contenido textil libre. Esta norma proporciona métodos de prueba para la determinación de la distribución del tamaño de partículas de granulados y polvos, producidos a partir de todas las categorías de NFU´s en todas las etapas de los procesos de tratamiento, así como para la determinación de impurezas (incluido el acero libre, el acero libre y contenido textil). EN 14243-3:2019 Materiales obtenidos a partir de NFU´s. Parte 3: Triturados, cortes y chips. Métodos para determinar su(s) dimensión(es) incluyendo las dimensiones de los filamentos salientes. Este documento proporciona métodos de prueba para la determinación de la (s) dimensión (es) de jirones, cortes y astillas (incluidos los filamentos que sobresalen) producidos a partir de todas las categorías de NFU´s en todas las etapas de los procesos de tratamiento. CEN / TS 17189: 2018 Materiales obtenidos de NFU´s: Determinación de la densidad real de granulados - Método basado en picnometría de agua --- CEN / TS 17188: 2018 Materiales obtenidos de NFU´s: Método de muestreo para granulados y polvos almacenados en big-bags Este documento especifica un método para obtener una muestra de caucho granulado o en polvo derivado de NFU´s que han sido almacenados en bigbags. CEN / TS 16916: 2016 Materiales obtenidos de NFU´s: determinación de requisitos específicos para el muestreo y determinación del contenido de humedad mediante el método de secado en horno. Este borrador de Especificación Técnica especifica un método para determinar el contenido de humedad total de los materiales obtenidos de los NFU´s secando las muestras en un horno. El método es aplicable a virutas, granulados, polvos y textiles derivados del tratamiento de NFU´s. CEN/TS 17307:2019 Materiales obtenidos a partir de NFU´s. Granulados y polvo. Identificación de elastómeros. Este documento especifica la detección de productos de pirólisis en solución mediante cromatografía de gases y espectrometría de masas. CEN/TS 17308: 2019 Materiales obtenidos a partir de NFU´s. Filamentos de acero. Este documento especifica la determinación del contenido no-metálico. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 81 | 221 5.2.2. ASTM D6270-17 STANDARD PRACTICE FOR USE OF SCRAP TIRES IN CIVIL ENGINEERING APPLICATIONS (práctica estándar para el uso de neumáticos de desecho en aplicaciones de ingeniería civil). Desde los años 70, en EUA se han implementado obras de relleno con NFU´s. La experiencia acumulada en este campo permitió desarrollar una normativa específica como la ASTM D6270-98, que define procedimientos de ensayos de NFU´s en laboratorio y recomendaciones prácticas para su puesta en obra. Está destinada al uso de neumáticos de desecho (enteros, trozos, virutas, jirones, mezclas con tierra) en aplicaciones de ingeniería civil. Tiene una base empírica de más de 70 puestas en marcha. Las prescripciones de ASTM, reflejadas por el departamento de transporte de EUA [108] se enfocan en evitar el riesgo de autocombustión. Algunas de ellas son las siguientes: - No construir espesores mayores a tres metros de NFU´s troceados. - Limitar la cantidad de acero, tanto el suelto como el embebido en el caucho. - Limitar la cantidad de partículas finas de NFU´s troceados. - Evitar o reducir la circulación de aire y agua en el interior del relleno. - Las partículas de NFU´s troceados deben estar libres de contaminantes que pudieran crear riesgo de incendios (grasas, aceites, combustibles). 5.2.3. UNE-EN 15732-2014 Materiales ligeros de relleno y productos aislantes térmicos para aplicaciones en ingeniería civil, Productos a base de áridos ligeros de arcilla expandida. Como se mencionó con anterioridad, actualmente no se dispone de un marco normativo específico que regule el empleo de NFU´s. Por tal motivo, resulta de interés el estudio de normativa específica de áridos ligeros (arcilla expandida) en aplicaciones de ingeniería civil a modo de comparativa y para establecer bases de puesta en obra de los NFU´s. En general, la arcilla expandida se usa para reducir, compensar o prevenir asentamientos de terrenos, así como para mejorar la estabilidad de una estructura o áreas de relleno en el trasdós de muros de contención [115]. En la mayoría de los casos se puede utilizar Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 82 | 221 como material de rellenos aligerados en aplicaciones o proyectos de construcción de infraestructura. Presenta una combinación de propiedades de alta resistencia y baja densidad aparente, mostrándose como un buen sustituto de material convencional. La norma UNE-EN 15732:2014 [116] especifica los requisitos para los productos a base de áridos ligeros de arcilla expandida (LWA del inglés Light Weight Aggregate) para aplicaciones de ingeniería civil. 5.3. Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras (PG-3) En España, todos los aspectos relativos a la construcción de obras lineales viarias están recogidos en el PG-3 que ha adquirido rango de norma [99, p. 06]. Se cuenta con una clasificación de los suelos potencialmente utilizables en obras lineales viarias en base al análisis de un conjunto de propiedades. Se contemplan desde los suelos de mejores características hasta los de menores propiedades, su clasificación es: suelos seleccionados, adecuados, tolerables, marginales e inadecuados. En su artículo 330, se establece una clasificación de acuerdo al tipo de material no convencional o residuos que se pueden utilizar en terraplenes de carreteras (Tabla 11) [99, p. 05]: Tabla 11. Materiales no convencionales y residuos de posible utilización en terraplenes de carreteras. Fuente: [99, p. 05]. CLASIFICACIÓN TIPO DE MATERIAL MATERIALES NATURALES NO CONVENCIONALES -SALINOS: yeso, sal común, anhidrita. -EXPANSIVOS. -COLAPSABLES. -ROCAS DEGRADABLES: Rocas porosas: cretas, tobas. Rocas arcillosas degradables: pizarras arcillosas, margas, argilitas. -MATERIALES VOLCÁNICOS: escorias; lapili, arenas volcánicas, cenizas. -SUELOS RESIDUALES TROPICALES: suelos lateríticos. -PERMAFROST. RESIDUOS DE EXPLOTACIÓN MINERA Y DE CANTERAS -ESCOMBROS DE CANTERAS: pizarras, granitos, mármoles -ESTERILES DEL CARBON. -ESTERILES DE OTROS MINERALES: Cobre, mercurio, etc. SUBPRODUCTOS INDUSTRIALES -SUBPRODUCTOS DE LA INDUSTRIA METALÚRGICA: Escorias de horno alto. Escorias de acería Otras escorias: cobre, mercurio, plomo. -SUBPRODUCTOS DE CENTRALES TÉRMICAS: Cenizas volantes. Cenizas de hogar y escorias. -OTROS SUBPRODUCTOS INDUSTRIALES. RESIDUOS URBANOS E INDUSTRIALES -ESCORIAS DE INCINERACIÓN DE RSU. -RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y DEMOLICIÓN. -NEUMÁTICOS FUERA DE USO. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 83 | 221 -RESIDUOS DEL PROCESAMIENTO DE LA MADERA. -RESIDUOS DE LA FUNDICIÓN DE PIEZAS METÁLICAS. MATERIALES FABRICADOS -MATERIALES POLIMÉRICOS. -HORMIGONES LIGEROS. -ARCILLA EXPANDIDA. Los residuos que han sido objeto de un mayor número de estudios y de los que se disponen de más experiencias prácticas en España son los siguientes [99]: - Neumáticos fuera de uso: NFU´s - Residuos de construcción y demolición: RCD´s - Estériles de carbón - Escorias de acería LD A continuación se señalan los parámetros más relevantes de los materiales no convencionales con mayor implementación (Tabla 12): Tabla 12. Propiedades y observaciones de los materiales marginales tipo residuos. Fuente: [99, pp. 47²50], [117, p. 23]. TIPO DE MATERIA L PROPIEDADES PRINCIPALES OBSERVACIONES PARA LA PUESTA EN OBRA DE MATERIALES NFU´s Tamaño residuo troceado: 75 y 350 mm Densidad del NFU´s sin compactar: 150 y 535 kg/m3. Densidad del NFU´s compactado: 630 y 840 kg/m3 Alta elasticidad. Resistencia al corte. Permeabilidad similar a las arenas: 5 x 10-2 cm/s. Poco compactable. Elevada resistencia al corte. Absorbente de vibraciones. Metales pesados < 0,1%. Resistencia a la acción de los mohos, calor, humedad, luz solar y rayos ultravioletas, No biodegradables ni tóxicos y no desarrollo bacteriológico. - Las piezas de NFU´s sólo se pueden colocar en el núcleo. - Las capas de NFU´s han de colocarse por encima del máximo nivel freático esperable y de la cota de inundación prevista. - La cara inferior de las capas de NFU´s debe estar situada, al menos, a 1 m por encima de la cota superior del terreno natural. - La cara superior de la capa de NFU´s de mayor cota debe estar, como mínimo, a 1 m de la cara superior de la coronación del terraplén. - El espesor de las capas de NFU´s no debe ser mayor de 3 m. - Las capas de NFU´s han de envolverse en geotextiles para evitar la percolación de partículas de suelo entre las tiras de NFU´s. - La distribución de tamaños y el contenido de alambres expuestos del material NFU´s serán los de un material Tipo B (Clase II) de la Norma ASTM D6270-17. - Para una mezcla de relleno NFU´s - suelo con las mejores características mecánicas posibles, lo más idóneo es fabricarla al 50% en volumen de ambos materiales. - Las capas intermedias de material terreno que hacen refuerzo estructural deben tener un espesor mínimo de 1 m y estar exentas de materia orgánica. - Los espaldones del relleno deben asegurar la impermeabilidad ante el agua o aire, y tener anchura suficiente para su adecuada compactación. - La capa de coronación ha de minimizar la infiltración del agua de lluvia hacia las capas de NFU´s, drenándola con una ligera pendiente lejos de la estructura. RCD´s Características dependientes de origen: cerámico u hormigón. - Limitación del contenido de áridos reciclados cerámicos. - Mayor aportación de agua durante la compactación por su elevada absorción. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 84 | 221 Tratamiento en plantas similares a los de áridos naturales. Áridos cerámicos: Absorción 6-25%, Densidad; 1200-1800 kg/m3, DLA: 20-50%. Áridos hormigón: Absorción 5-15%, Densidad; 2,1-2,6 kg/dm3, DLA: bajos. Áridos cerámicos problemas por presencia de yeso. Necesaria su eliminación. Áridos de hormigón: presencia de cloruros (procedencia marina). Necesaria eliminación de armaduras y no se puede estabilizar con ligantes hidráulicos. - (OLPLQDFLyQGHLPSXUH]DVYLGULRVSOiVWLFRV¬ - Control del contenido en materia orgánica. - Control del contenido en yeso y otras sales solubles. Los áridos reciclados lavados con agua presentan menor proporción de yeso. ESTÉRILES DEL CARBÓN NEGROS Baja plasticidad, incluso nula. Granulometría Continua: <5% inf.0,08mm Densidad: 2,70-2, 73 t/m3 CBR: >50 Proctor Modificado: >1,9 t/m3 Humedad óptima: 10,2%-15,5% Alta degradabilidad bajo presiones elevadas - Compactación con la Wop o con humedades algo inferiores - Buen estudio del número de pasadas necesarias para correcta compactación. Exceso de pasadas provoca la degradación del material. - Espesores de tongada inferiores a 50-60 cm. - No utilizables en zonas inundables. Además deben eliminarse los fragmentos pizarrosos. ESTÉRILES DE CARBÓN ROJOS Plasticidad: LL: 26-20 y LP: 19-20 Granulometría Continua: <5% inf. 0,08mm Densidad: 2,74 t/m3 CBR: <20 Proctor Modificado: 1,9 ² 2,1t/m3 Humedad óptima: 7%-10% Alta degradabilidad bajo presiones elevadas - Se debe controlar la cantidad de CaO libre para evitar problemas de expansividad. ESTÉRIL DE ACERÍA LD 0DWHULDODOJRSRURVR\PX\GHQVRFRQDžap 3 t/m3. Absorción<3%. Cal libre: 1% y el 15%. Elevada resistencia al corte. DLA entorno al 15%. Potencialmente inestable por la presencia de cal libre, y algo de magnesio se traduce en problemas de expansividad. Tarda semanas-meses en hidratarse. Su aplicación pasa por intentar reducir el porcentaje de CaO. - Se debe controlar la cantidad de CaO libre para evitar problemas de expansividad. POLIESTIR ENO EXPANDID O (EPS) Densidades 0,10 - 0,30 kN/m³. Absorciones entre el 1 ² 3% en volumen en inmersión de 28 días. Exposición a temperaturas menores a 100ºC para acciones de corta duración, y alrededor de los 80ºC para acciones continuadas y con el material sometido a una presión de 20 kPa. - Los productos fabricados con EPS se caracterizan por ser extraordinariamente ligeros aunque resistentes. - Materiales del sector del aislamiento y embalaje. Incluso sumergiendo el material completamente en agua, los niveles de absorción son mínimos. Esta experimentación solo contempla los apartados correspondientes a las propiedades principales que deben cumplir los NFU´s para su implementación. Los criterios de aceptación o rechazo en base a cálculos se encuentran en fase de desarrollo por parte de Dª María Anguita García, dentURGHOSUR\HFWRGHLQYHVWLJDFLyQ´8WLOL]DFLyQGHQHXPiWLFRVWULWXUDGRVIXHUDGHXVR1)8HQREUDVGHJHRWHFQLDµ Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 85 | 221 En la Tabla 13 se muestra las partes de un terraplén en las que se pueden emplear los distintos tipos de materiales marginales, de acuerdo con PG-3, artículo 330 [99, p. 09]. Tabla 13. Empleo de materiales marginales en las zonas del terraplén. Fuente: [99, p. 09]. SUELO MARGINAL PRINCIPAL CARACTERÍSTICA CORONACIÓN ESPALDONES NÚCLEO CIMIENTO Suelo colapsable NLT 114 y UNE103500 Asiento>1% a 0,2 MPa NO NO Estudio especial Estudio especial Suelo expansivo UNE103601 y UNE103500 H.L. > 3% NO NO H.L. > 5%: NO < 5% Suelo con yesos NLT 114 0,2-2% NO NO SI 2-5% NO NO SI, con precauciones 5-20% NO NO SI, con precauciones >20% NO NO NO Suelo con otras sales solubles NLT114 0,2-1% NO NO SI >1% NO NO Estudio especial Materia orgánica UNE103204 +P\PR5% NO, si m.o. > 1% NO SI +P\PR!2% NO, si m.o. > 1% NO Estudio especial En la Tabla 14 e ilustración 14 se muestran las especificaciones técnicas exigidas a los distintos tipos de suelos establecidos en el PG-3, incluyendo los marginales. Tabla 14. Especificaciones técnicas según el PG-3(2002) para los tipos de suelos. Fuente: [99, p. 07]. PARÁMETRO SELECCIONADO S ADECUADOS TOLERABLES MARGINALES Materia orgánica UNE 103204 < 0,2% < 0,1% < 0,2% < 5% Sales solubles NLT 114 Yeso < 0,2% < 0,2% < 5% Otras < 1% Hinchamiento libre UNE 103601 y UNE 103500 < 3% < 5% Asiento en ensayo de colapso NLT-254 y UNE 103500 < 1% Granulometría Tamaño máximo (mm)   Otras condiciones #0,4< 15%(*) #2< 80% # 0,4< 75% # 2 < 80% Finos (#0,08mm) < 25% < 35% Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 86 | 221 Plasticidad UNE 103103 y UNE 103104 Ilustración 14. Clasificación de los suelos para terraplenes según la OC.326/00. Fuente: [99] A continuación se indican algunos lineamientos en relación a la puesta en marcha para la implementación de materiales marginales (Tabla 15): Tabla 15. Observaciones en relación a la puesta en obra en materiales marginales. Fuente: [99, p. 09]. MATERIAL OBSERVACIONES EN PUESTA EN OBRA Suelos expansivos Estos suelos deben compactarse ligeramente del lado húmedo, con relación a la humedad óptima del ensayo Proctor de referencia. A humedades de menos dos por ciento (²2%) y de más uno por ciento (+1%) de la óptima de dicho ensayo Proctor de referencia (apartado 330.4.3 del PG- 3). Suelos colapsables Estos suelos deberán compactarse del lado húmedo, con relación a la humedad óptima del ensayo Proctor de referencia. A falta de otro criterio convenientemente justificado, se actuará de igual modo a lo indicado en el apartado 330. 4.3 del PG-3. Suelos con yesos Utilización limitada al núcleo del terraplén y siempre que se tomen, entre otras, las siguientes medidas para evitar la disolución con posible producción de asientos o pérdida de resistencia: - El núcleo deberá constituir una masa compacta e impermeable. - Disponer medidas de drenaje e impermeabilizaciones para impedir el acceso al relleno de las aguas tanto superficiales como profundas. - Mayor del veinte por ciento (20%): Este tipo de suelos no debe utilizarse en ninguna zona del relleno. Suelos con otras sales solubles - Inferior al cero coma dos por ciento (<0,2%): Utilización en cualquier zona del terraplén. - Entre el cero coma dos y el uno por ciento (0,2 y 1%): Utilización en el núcleo del terraplén, sin necesidad de tomar precauciones especiales en coronación y espaldones. - Superior al uno por ciento (>1%): Se requiere un estudio especial, aprobado expresamente por el Director de las Obras. Consideraciones sobre el empleo de residuos. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 87 | 221 Suelo con materia orgánica En rellenos tipo terraplén de hasta cinco metros (5 m) de altura, se podrán admitir en el núcleo materiales con hasta un cinco por ciento (5%) de materia orgánica, siempre que las deformaciones previsibles se hayan tenido en cuenta en Proyecto. Para terraplenes de más de cinco metros (5 m) de altura el uso de suelos con porcentaje de materia orgánica superior al dos por ciento (MO > 2%) habrá de justificarse con un estudio especial, aprobado por el Director de las Obras. En coronación el contenido de materia orgánica será inferior al uno por ciento (1%). La presente investigación señala de manera general las observaciones en puesta en obra a partir de las propiedades intrínsecas de NFU´s. La siguiente fase del estudio de puesta en obra se encuentra en fase de desarrollo por Dª María Anguita García, en la que se realizan los cálculos y las comprobaciones pertinentes para confirmar la viabilidad técnica de dicha implementación. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 94 | 221 Todas las aplicaciones antes mencionadas presentan beneficios potenciales. El criterio de evaluación de las posibles aplicaciones se establece en base al impacto de su implementación y de los posibles beneficios que se obtengan de las propiedades del material. A continuación se exponen las aplicaciones encontradas en las bibliografías consultadas. 6.4.2. Los NFU´s en aplicaciones de Ingeniería Civil Hasta el momento, la utilización de NFU´s en aplicaciones de ingeniería civil ha sido en gran medida en terraplenes y capas asfálticas, con poca repercusión pero con posibilidades reales. La investigaciones que mayor repercusión plantean son aplicaciones de rellenos, debido a las grandes cantidades de material que se requieren, que se entendería en una repercusión económica, así como a las características necesarias para su implementación[126]. Por ello, se decide llevar a cabo dentro de esta experimentación aplicaciones basadas en dicha premisa. Una de las primeras propuestas de implementación de NFU´s en obra civil, fue la ideada por Humphrey en EUA (1998), planteando el uso de grandes volúmenes para contrarrestar la acumulación en plantas de tratamiento y el deterioro de los vertederos. Se lograron emplear más de 15.000 Tn en tan sólo tres obras: trasdosado de un falso túnel, relleno en un estribo y terraplenes de acceso a un puente [127]. El potencial que presentan los Agregados Derivados de Neumáticos (por sus siglas en inglés TDA, partículas de 50 - 305 mm) en ingeniería civil es grande y se propone como una solución al problema de la eliminación de residuos. Según la investigación de J.C. Lopera (2016) [128] el uso de éstos podría ser ventajoso en proyectos de ingeniería en los siguientes escenarios: - Reducción de las presiones laterales de tierra en los muros de contención. - Reducción de asentamientos para terraplenes. - Proporcionar capas de filtro para el drenaje en vertederos. - Proporcionar amortiguación a los cimientos y para fines de mitigación de licuefacción. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 95 | 221 Los fragmentos de NFU´s tienen un bajo peso unitario, una alta permeabilidad y un alto valor aislante, lo que los convierte en un excelente relleno para terraplenes construidos en terrenos débiles, estabilización de desprendimientos, relleno de muros de contención y estribos de puentes, aislamiento para limitar la penetración de las heladas bajo las carreteras y capas de drenaje para vertederos [129]. El uso de TDA como base para carreteras, vías férreas, material de drenaje, rellenos sanitarios, relleno de subrasante, relleno para muros y puentes, o capas aislantes, se plantea como una solución ventajosa, ya que de manera general, se puede decir que el TDA es entre un 30 y un 50% más ligero que los suelos convencionales; drena 10 veces mejor que un suelo bien graduado y proporciona un aislamiento 8 veces mejor que la grava [87], [130]. La implementación en capas drenantes en los sistemas de recolección de lixiviados y sellado de vertederos se basa en dos propiedades características: su elevada permeabilidad junto a su baja densidad, y la capacidad de absorción del residuo, que pueden disminuir la carga de contaminación de los lixiviados [91]. En terraplenes se emplea como material ligero sobre suelos con baja capacidad portante [131]. Las investigaciones de Ignacio San Martín (2009) [91] indican que se consigue aligerar el peso del mismo y la consecuente carga transmitida a los cimientos, lo cual puede reducir, o llegar a evitar, los costosos métodos de mejora del terreno en suelos blandos. Además, permite utilizar grandes cantidades de residuo, mejorar la permeabilidad, la resistencia a las heladas y la durabilidad. Para las aplicaciones de relleno fluido, especialmente cuando se construye sobre suelos blandos y comprimibles, es importante reducir la densidad del relleno para minimizar el asentamiento del suelo. La implementación de granulados de NFU´s puede reducir hasta un 40% los asentamientos en comparación con un suelo convencional [101], además de producir densidades aparentes del orden del 60 al 80% de la densidad aparente típica de los rellenos fluidos estándar mezclados con arena [101]. El análisis de compresibilidad de los TDA indica que el módulo de Young es de 2 a 3 órdenes de magnitud menor que el módulo del suelo granular. Por lo tanto, es necesario colocar al menos 0,9 m (3 pies) de suelo convencional sobre una capa de TDA para evitar o minimizar las deflexiones de la superficie [108]. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 96 | 221 En las investigaciones referentes a la incorporación de granulados de NFU´s en sustitución de áridos convencionales, donde se busca la mejora de las propiedades intrínsecas del suelo, se encuentran sustituciones con bajos porcentajes [128], [132]²[134], en muchos casos inferiores al 20%. Algo similar ocurre en el caso de adición en suelos convencionales [110], donde las aportaciones suelen estar en torno al 5%, 10%, 15% y 20% por unidad de peso seco del suelo. N Álvarez et al. (2020) [135] evaluó cuál podría ser la mayor resistencia y capacidad de soporte a la penetración del suelo arcilloso mediante la adición de 1,5%, 2,5% y 3,5% de polvo de caucho. Para el ensayo de caja de cizalla, la cohesión de la mezcla aumentó y el ángulo de fricción interna disminuyó con respecto al suelo convencional, resultando la suma en un aumento de la resistencia al corte. Los resultados de Hasan Cetin et al. (2006) [82] indican que es posible el uso de astillas de caucho mezcladas con suelos arcillosos como material de relleno (hasta un 20%). Afirma que se pueden utilizar por encima de las capas freáticas del suelo, donde se necesita poco peso, baja permeabilidad y alta resistencia, en rellenos como terraplenes de carreteras, estribos de puentes y rellenos de trasdós en muros de contención. Su aplicación también puede ser indicada especialmente en estructuras que se van a construir sobre suelos de cimientos débiles con baja capacidad de carga y altos problemas de asentamiento. Uno de los problemas que puede surgir cuando se utilizan los NFU´s como material de relleno en los terraplenes (cuando no están bien cubiertos por el suelo) es la probabilidad de que se produzca un auto calentamiento de los NFU´s; esto puede resolverse con un diseño y una construcción adecuados para cada proyecto. Este problema también puede evitarse reduciendo la cantidad de trozos de neumáticos finos, limitando el espesor de las capas de neumáticos a 3 m y restringiendo el acceso del relleno al aire y al agua, de acuerdo con lo que establece la norma ASTM D 6270 [84]. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 97 | 221 6.4.3. Fabricación de hormigones con NFU´s Para el uso de cualquier material no convencional en la elaboración de hormigones, es necesario cumplir con propiedades que permitan mantener las mismas prestaciones que aportan los áridos convencionales. A continuación se describen algunas propiedades y recomendaciones (Ver tabla 18). Tabla 18. Recomendaciones para áridos reciclados en la fabricación de hormigones. Fuente: [45]. PROPIEDAD RECOMENDACIÓN Tamaños máximo y mínimo El tamaño mínimo permitido de árido reciclado es de 4 mm. Granulometría Los áridos reciclados deberán presentar un contenido de desclasificados inferiores menor o igual al 10% y un contenido de partículas que pasan por el tamiz de 4 mm no superior al 5%. Resistencia al desgaste; coeficiente de los ángeles No superior al 40%. Absorción Absorción a los 10 minutos No superior al 5%. Inferior a 5,5%. Módulo de deformación longitudinal El módulo de deformación longitudinal disminuye progresivamente al aumentar el porcentaje de árido reciclado. Para un 100% de árido grueso reciclado, el módulo del hormigón será 0,8 veces el del hormigón convencional. Retracción del hormigón La retracción aumenta progresivamente al aumentar el porcentaje de árido reciclado. Como valor orientativo, y para un 100% de árido grueso reciclado, la retracción será 1,5 veces la de un hormigón convencional. Fluencia del hormigón Para un 100% de árido grueso reciclado, la fluencia será 1,25 veces la de un hormigón convencional. Para el caso de RCD´s en hormigones, su proceso de elaboración con respecto al convencional conlleva un aumento de la consistencia para una misma relación a/c [51]. Se debe de tener en cuenta ello, debido a la mayor capacidad de absorción de los áridos reciclados, que produce una reducción de la relación a/c efectiva durante el proceso de elaboración [39]. Como consecuencia, la consistencia del hormigón fresco es mayor. La sustitución de NFU´s en hormigones es un campo menos estudiado y los resultados encontrados son dispersos. La mayoría de las investigaciones buscan aprovechar sus propiedades elásticas y producir rupturas plásticas en los hormigones. Sin embargo, en líneas generales, la mayor porosidad que presenta el hormigón con NFU´s [101] le hace más susceptible a sufrir los efectos del ambiente, por lo que muchas normativas y recomendaciones restringen su uso al caso de ambientes no agresivos [136]. Se ha observado también una reducción de la densidad del mortero. Sin embargo, se obtienen Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 98 | 221 hormigones más tenaces, flexibles y resistentes a ciclos de hielo/deshielo. También se obtienen mejoras en el aislamiento acústico y térmico del hormigón [100, p. 20]. En los estudios de Ismail y Al-Hashmi (2016) encontraron que la pasta de hormigón tiene una baja adherencia a productos de caucho, por lo tanto se obtienen menores resistencias en comparación con un hormigón con áridos naturales [137]. Otra observación realizada por Ganjian E et al. (2009) [93] es referida a la baja densidad de la partícula de caucho que tiende a desplazarse hacia la superficie del molde en la fabricación de especímenes, resultando en una alta concentración de caucho en la capa superior. Bravo M & Brito J. (2011) [138] indicó que la absorción del hormigón es directamente proporcional al aumento del porcentaje de NFU´s, apreciando poca adherencia entre las partículas de NFU´s y la pasta, permitiendo mayor generación de recorridos que facilitan el paso del agua y por ende mayor porcentajes de absorción. En general, se concluye que para el aumento de sustitución del 5%, 10% y 15% con agregado de NFU´s fino, la absorción es mayor. En las investigaciones de Ospina (2014) [139], la absorción superficial aumentó en un 69 %, comparando las mezclas de 0 y 30 %, lo que produce mezclas con mayor porosidad y permeabilidad que repercute en una mayor absorción. En general, las propiedades mecánicas y de durabilidad de los hormigones con sustituciones de granulados de NFU´s se ven afectadas. Presentan un comportamiento generalizado de reducción de valores frente a los presentados por la muestra sin sustitución de NFU´s. El NFU más grueso se comporta de una mejor forma, debido a una mayor superficie de contacto, lo que reduce el espacio de propagación de las fisuras al momento de la aplicación de las cargas [93]. Los hormigones con mayores pérdidas en la resistencia a la compresión son aquellos que contienen altos porcentajes de sustitución de granulados de NFU´s. Sin embargo, la resistencia a la compresión de las muestras con entre un 10% y un 20% de adición de granulados de NFU´s presentan resultados similares a largo plazo (mayor a 90 días). La mayoría de los investigadores sugieren un contenido máximo de caucho del 20% Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 99 | 221 del volumen total del árido y un tamaño no mayor que el tamaño del caucho desmenuzado [140], es decir, entre 0,8 mm - 20 mm. Contraponiéndose a estos resultados, Khatib et al. [100] identificó que la resistencia a compresión disminuye hasta un 47% para una sustitución del 10%, un 60% para una sustitución del 20% y un 82% para una sustitución del 30%. Las investigaciones de Toutanji (1996), señalan que la sustitución del árido grueso por 25%, 50%, 75% y 100% de NFU´s produce pérdidas en la resistencia a la compresión de 39%, 56% 69 y 75% respectivamente. El autor destaca que el comportamiento es similar al de una parábola no lineal [139]. 6.4.4. Recuperación energética y mezclas asfálticas con NFU´s La recuperación energética y la incorporación a asfaltos y cementos, son tres de las posibilidades donde más se implementan los polvos de NFU´s, al tratarse de sectores de gran consumo y de procesos que no requieren un tratamiento complejo del residuo. Su incorporación en la fabricación de planchas de caucho (junto a material virgen) o como modificador de materiales termoestables son otras de las vías apuntadas [86]. La termólisis o la gasificación son tratamientos que extraen los componentes materiales de los NFU´s por medio de la incineración para su valorización energética. Sin embargo, son tratamientos desaconsejados actualmente debido al impacto ambiental negativo que supone al producirse emisión de partículas nocivas [91], aunque si se cuenta con las instalaciones apropiadas se pueden llegar a obtener emisiones menos contaminantes que las que se producen al utilizar combustible tradicional [106]. De acuerdo a esto, el Art. 1.1 de la nueva Ley 22/2011, de Residuos y Suelos Contaminados, indica que antes de proceder a la valorización energética del residuo se debe buscar una vía para su reutilización o reciclaje. En el ámbito de ingeniería civil, los granulados de NFU´s (partículas de 0,425 mm - 12 mm) se han limitado a su implementación en pavimentos flexibles, con porcentajes en combinación con el asfalto. En mezclas asfálticas, la tendencia se ha enfocado al "proceso húmedo", que lleva más de 45 años implementándose. Este método tiene varias ventajas, relacionadas principalmente con la capacidad de aumentar la elasticidad y la viscosidad Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 100 | 221 a alta temperatura. El betún modificado con caucho permite un umbral de viscosidad rRWDFLRQDOGHFSVD࢙&Pero el método sigue luchando actualmente por aportar más experiencias que repercutan en una mayor implementación [113]. 6.4.5. Elementos elásticos a partir de capas de NFU´s Los NFU´s tienen propiedades que pueden llegar a implementarse en elementos elásticos, gracias a su capacidad de deformación y amortiguamiento de cargas, así como a su resistencia a agentes ambientales externos. Pueden ser utilizados como material en la construcción o rehabilitación de vías ferroviarias, añadiendo mayor elasticidad a éstas, además de reducir los problemas asociados a vibraciones y transmisión de cargas [141, p. 160], siempre que la densidad del material no sea inferior a 1000 kg/m3 [142]. La investigación de Miguel Del Sol Sánchez (2014) [141] propone que a partir de las bandas que componen los NFU´s, se pueden elaborar elementos elásticos planos, ya que sus propiedades físicas y mecánicas los hacen aptos para su uso en el ámbito de la ingeniería civil. Indica que se obtienen mejores comportamientos que con los elementos fabricados con otras materias primas. De esta manera, se puede utilizar de manera competitiva al no requerir aglomerante para la fabricación del elemento. Carlos Hidalgo Signes (2017) [81] realizó una investigación sobre la mezcla de granulados de NFU´s con áridos sin ningún tipo de aglomerante para la implementación en una capa de subbalasto en vías ferroviarias. Se indican dos ventajas medioambientales importantes, por un lado se menciona la reutilización de grandes cantidades de este residuo, mientras que la mezcla contribuye a una mayor resistencia a fragmentación, consiguiendo de esta manera ser reutilizados en capas de asiento en las vías ferroviarias. 6.4.6. Rellenos de trasdós de muros de contención con granulados de NFU´s En general, se puede decir que los materiales de relleno ligero se utilizan en suelos débiles para varios propósitos [69], [99], [102], [143]: Constructivos - Construir rellenos con poca necesidad de mantenimiento. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 101 | 221 - Reducir el peso del relleno y prevenir las deformaciones de la nueva construcción sobre los edificios cercanos. - Reducir la consolidación de la sub-base sobre suelos débiles. - Prevenir la diferencia de consolidación entre los rellenos y reducir la presión lateral de la tierra sobre estructuras de contención. - Reducir los asentamientos sobre suelos débiles. - Estabilizar los taludes en construcciones de carreteras. - Mejorar el drenaje libre y el aislamiento térmico. Medio ambientales - Reducir la existencia de neumáticos de desecho, que son propensos a los incendios y peligros para la salud, además del ahorro en espacio de almacenamiento y tierras en los vertederos. Económicos - Disminuyen los costes de la estructura al generar menores cargas, conservan las fuentes naturales de áridos y desaparecen los costes de eliminación de los NFU´s. El conocimiento de las características de los NFU´s ha llevado a la aparición de investigaciones centradas en su aplicación como relleno ligero de muros de contención [127], [144]²[146]. Para estas aplicaciones, el comportamiento del muro de contención está condicionado por la presión lateral del terreno, que viene definida por las características del material (ángulo de fricción interna y peso unitario). La elevada deformabilidad con la que cuentan los NFU´s, les permite absorber el esfuerzo de compactación del relleno sin transmitir empujes sobre el muro (del orden de los 2/3 de los empujes que se consideran habitualmente). Se menciona que además, su elevada permeabilidad lo convierte en un relleno drenante, que produce una significativa reducción del coste de las estructuras de contención, con un menor consumo de material, reduciendo así el uso de recursos y mejorando la eficiencia de la sección de hormigón utilizada [99, p. 23], [103]. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 102 | 221 Las investigaciones de Ignacio San Martín (2009) [91], fueron pioneras a nivel nacional en relación a la aplicación de granulados de NFU´s en rellenos de obras de Ingeniería. En ellas se hace mención a una mejora en su comportamiento a partir de sus propiedades, basadas en su bajo peso específico y alta deformabilidad, limitando así los empujes horizontales sobre la estructura. Cecich et al. (1996) [79] utilizaron virutas de neumático (12-50 mm) como relleno de muros de contención ligeros, consiguiendo mayores niveles de seguridad contra el deslizamiento y el vuelco en comparación con los obtenidos al utilizar arena como relleno. Lee et al. (1999)[147] observaron que la presión horizontal sobre un muro de contención es menor cuando se rellena con una mezcla de virutas de neumáticos (50 y 305 mm) y arena que con un relleno de grava. 6.4.7. Capas drenantes y absorbentes de ruido Una de las aplicaciones con las que mayor información se cuenta de los gránulos de NFU´s como componente básico es en la composición de la mayoría de los pavimentos deportivos y de seguridad, con la implementación de aglomerados con un ligante elástico, o bien como material suelto. En la mayoría de los casos las características que deben cumplir todos los pavimentos deportivos son: elasticidad, resistencia al deslizamiento y durabilidad [75]. Se estipula una absorción de la energía al impacto de entre un 15 y un 20%, para la práctica de deporte sin riesgo a sufrir lesiones; esta absorción sólo se puede conseguir mediante la utilización de suelos con mayor elasticidad. De esta forma, aquellos fDEULFDGRVDSDUWLUGHJUiQXORVDJORPHUDGRVGH1)8·Vson más económicos y los que mejor se comportan. En este sentido, se plantea el uso de granulados de NFU´s en parques infantiles y guarderías, en forma de baldosas prefabricadas o realizados in situ, y su composición es a base de gránulos de caucho aglomerados con resinas de poliuretano. En relación a la ejecución de ciertos trabajos típicamente geotécnicos (estabilización, refuerzo, contención, etc.), puede dar lugar a una mejora de las condiciones de drenaje. A pesar de que el volumen de áridos para filtrado y drenaje es relativamente pequeño, en muchos proyectos de ingeniería juegan un papel determinante. Hasta la fecha, los Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 103 | 221 conocimientos existentes sobre el empleo de áridos reciclados como material drenante son escasos. No se cuenta con manuales o prescripciones técnicas para la puesta en marcha. Las propiedades a considerar son aquellas que afectan a su permeabilidad, homogeneidad, estratificación o compacidad, influyendo también la existencia de vegetación y la permeabilidad (ligada a la granulometría). En relación con las características que deben guardar los áridos en dicha aplicación, se requiere un coeficiente de permeabilidad superior a 10-3 cm/s. Esto invalida casi todos los materiales con granulometría continua, cuyos coeficientes de permeabilidad son inferiores a dicho valor una vez compactados [40, p. 459]. Uno de los requisitos más importante para usar los NFU´s como capa drenante es evaluar sus condiciones hidráulicas relacionadas con la permeabilidad, cuyo valor debe estar en un intervalo de 10-2-10-1 m/s. Este rango se encuentra por encima de los materiales convencionales en capas drenantes, como son gravas y arenas, cuyos coeficientes de permeabilidad se sitúan en un valor aproximado de 10-4m/s [91]. Para emplear NFU´s como capa drenante es necesario demostrar que su diseño cumple con dichos requerimientos a lo largo del tiempo y de las condiciones de carga que tendrá durante su vida útil. El uso del granulado de NFU´s en la producción de barreras acústicas puede ayudar a combatir los problemas existentes de eliminación de residuos y contaminación acústica. Este tipo de material, en casos donde existe alta exposición a agentes atmosféricos climáticos (especialmente lluvia) es ventajoso en comparación con algunos materiales usualmente utilizados (fibra de vidrio o lana de roca), ya que su rendimiento no disminuye con el agua o el polvo impregnado. Además, se puede pintar y limpiar fácilmente[148, p. 11]. Para contener pedazos o astillas de NFU´s, se debe colocar una tela geotextil debajo de los mismos y envolver alrededor y por encima de ellos. El geotextil debe encerrar completamente los pedazos o astillas del neumático para proporcionar la contención necesaria [108]. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 110 | 221 ASTM D1557 UNE-EN 13286-2 Modificado (2,632Kn/m3) Esfuerzo cortante ASTM D3080 UNE 103401 6 Parámetros de resistencia de corte a una muestra de suelo Ensayo edométrico UNE 103405 3 Ensayo de consolidación unidimensional de un suelo en edómetro 7.6. Propiedades físicas 7.6.1. Propiedades geométricas y dimensionales: curvas granulométricas, límites de Atterberg Los resultados de los ensayos de tamizado se elaboraron de acuerdo a las 2 normas referentes al análisis granulométrico: - La norma UNE-EN ISO 17892-4:2019 [149] para materiales convencionales. - La norma UNE-EN 14243-2:2019 [150] para materiales producidos a partir de NFU´s. De acuerdo con estas normas, el tamaño nominal consiste en un tamaño nominal superior (90% material que pasa) y un tamaño nominal inferior (10% del material pasa). La granulometría resultante es la composición de los distintos tamaños de las partículas que integran el compuesto, con la designación por un par de tamices (d/D), en términos del menor (d) y del mayor (D) tamaño de los mismos. La norma ASTM D6270-17 [96] describe los tamaños de partícula habitualmente producidos para aplicaciones de ingeniería civil, que suelen ser partículas de diámetros de 50 ² 305 mm. Esta investigación se centra en el estudio de las propiedades de las partículas de caucho menores de 12 mm, un producto clasificado como caucho granulado. Los métodos para la determinación de sus dimensiones e impurezas incluyen también el contenido de acero y textil libre (5%). La clasificación AASHTO divide a los suelos (o materiales en sustitución) en dos grupos: - Suelos granulares: son los cuales pasan por el tamiz N°200 (0,080mm), con un 35% o menos de material retenido en el molde. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 111 | 221 - Suelos finos: son el material que presenta más del 35 % de pasante en la malla N°200. Por otro lado, la Clasificación SUCS (Clasificación de Suelos Unificada de Casagrande) presenta un sistema que clasifica los suelos en: gruesos, suelos finos y suelos orgánicos. Los suelos gruesos se dividen a su vez en gravas y arenas: si más del 50% del suelo grueso se retiene en el tamiz N°4 (5mm) se considera grava, y si más del 50% de suelo fino pasa por el tamiz N°4 pertenecerá al grupo de las arenas [151]. Varias investigaciones afirman que el tamaño del granulado de NFU´s puede tener un efecto en su comportamiento, aún en rangos cortos de comparación [86], [133], [152], [153]. Las granulometrías evaluadas se muestran en la Tabla 22. De manera simplificada, se ha considerado que los gránulos finos están por debajo de 2,00 mm (tamiz Nº 10), mientras que los gruesos tienen un tamaño entre 2 mm (tamiz No. 10) y 8 mm (tamiz 5/16). Se estudió el efecto de los NFU´s finos y gruesos por separado, ya que, al igual que los suelos de grano fino y grueso, estos pueden comportarse de diferente manera. Tabla 22. Dimensiones de los NFU´s por tamaño y designación DESIGNACIÓN S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 Tamaño (mm) 0.0-0.8 0.6-2.0 2.0-4.0 2.0-7.0 90% 2.0-7.0 + 10% 0.6-2.0 50% 2.0-7.0 + 50% 0.6-2.0 33% 2.0-7.0+ 33% 0,6-2.0 + 33% 0.0-0.8 En ingeniería civil, los límites de Atterberg se utilizan como especificaciones técnicas para controlar el uso de un material como relleno de terraplén [62]. Por esta razón se realizó cuidadosamente en el laboratorio el estudio de los límites de Atterberg, con el objetivo de realizar la clasificación SUCS de acuerdo con la norma UNE-EN ISO 17892-12:2019 [154]. En investigaciones anteriores se obtuvieron resultados similares en suelos arcillosos y mezclas con porcentajes inferiores al 30% de NFU´s [82], [110], [155]. Sin embargo, no se encontraron investigaciones de ensayos con 100% de NFU´s. Es por ello que en esta investigación se realizaron varios ensayos para obtener: límite líquido (Wl), límite plástico (Wp) y límite de retracción (Ws). Las muestras presentaron nula adherencia entre las partículas y poca compacidad, lo cual impidió que se pudieran realizar las pruebas de manera satisfactoria y obtener resultados razonables (Ver ilustración 15). El Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 112 | 221 material presenta nula cohesión, funciona como un material arenoso, cuya fricción se asimila a una cohesión. Ilustración 15. Ensayo de límites de Atterberg del granulado de NFU´s (polvo D < 0,8 mm). Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 113 | 221 Las curvas granulométricas del material estudiado se muestran en las ilustraciones 16 y 17, mientras que las características granulométricas quedan reflejadas en la tabla 23 que incluye los tamaños del grano (D10, D30, D60), coeficiente de uniformidad (Cu) y de curvatura (Cc) de las muestras evaluadas de los NFU´s. Ilustración 16. Curvas granulométricas del conjunto de muestras de granulados de NFU´s. . Tabla 23. Tamaños del grano (D10, D30, D60), coeficiente de uniformidad (Cu) y de curvatura (Cc) de los NFU´s. Muestra Tamaño (mm) D10 D30 D60 Cu Cc CLASIFICACION SUCS [156] S1 0.0 - 0.8 0.18 0.40 0.60 3.33 1.48 Arena mal graduada (SP), pasa el 7% de finos del tamiz nº 200 (0.08mm) S2 0.6 ² 2.0 1.10 1.20 1.60 1.45 0.82 Arena mal graduada (SP) S3 2.0 - 4.0 2.00 2.40 3.00 1.50 0.96 Arena mal graduada (SP) S4 2.0 - 7.0 2.40 3.70 5.00 2.08 1.14 Grava mal graduada (GP) S5 90% 2.0 - 7.0 + 10% 0.6 ² 2.0 2.00 3.00 5.00 2.50 0.90 Grava mal graduada (GP) S6 50% 2.0 ² 7.0 + 50% 0.6 ² 2.0 1.10 1.50 3.00 2.73 0.68 Arena mal graduada (SP) S7 33% 2.0-7.0+ 33% 0.6-2.0 + 33% 0.0-0.8 0.38 0.85 1.80 4.74 1.06 Arena bien graduada (SW) (Cu >4; Cc entre 1-3) Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 114 | 221 Ilustración 17. Curvas granulométricas individuales de muestras de granulados de NFU´s. S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 115 | 221 Se observa que la muestra S7 (33% 2.0-7.0 + 33% 0.6-2.0 + 33% 0.0-0.8) puede clasificarse como bien graduada, se confirma que la combinación de granulometrías mejora el comportamiento y acomodo de las particulas. Se han encontrado resultados similares en astillas de NFU´s (12-50mm) donde se han clasificado como material de grano grueso bien graduado, similar a la arena y grava o como una arena (SW) bien graduada con grava [108]. 7.6.2. Densidades, Peso específicos y Absorción del granulado de NFU´s La densidad de las partículas se calcula a partir de la relación entre la masa y el volumen. El procedimiento para la obtención de la masa tras su secado en la estufa, y el volumen a partir de la masa de agua desplazada. Ilustración 18. Ensayo de GHQVLGDGDSDUHQWHGHODPXHVWUDǐbSDUWtFXODVǐaVHFDGDVHQHVWXIDǐrd); saturadas y secas VXSHUILFLDOPHQWHǐssd); absorción de agua (WA24) de los granulados NFU´s. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 116 | 221 Se obtuvo por el método de la balanza hidrostática o por el picnómetro, de acuerdo a la norma UNE-EN 1097-6 Anexo C y E [157] para granulometrías superiores a 4 mm, método utilizado por otros autores para áridos ligeros [158]²[160] (ver imagen 18). Además, la densidad de las partículas de los granulados NFU´s se determina en base a la norma UNE-EN 17 892-3 [161] mediante un análisis hidrométrico. Se han tenido en cuenta los requerimientos de la norma UNE-EN 13055-2:2005 [162] para áridos ligeros con una densidad de partículas no superior a 2000 kg/m3 (2 g/cm3) o una densidad aparente no superior a 1200 kg/m3(1.20 g/cm3). Los resultados se muestran en la siguiente tabla: Tabla 24. Resultado de densidad partículas ǐa); secadas en estufa (ǐrd); saturadas y secadas superficialmente (ǐssd); absorción de agua (WA24) de los granulados NFU´s. Muestra M4 (g) M3 (g) M2 (24hr)(g) M1 (g) ǐa (g/cm3) partículas ǐrd (g/cm3) ǐssd (g/cm3) WA24 (%) S2 22.51 146.86 148.51 23.61 1.08 1.02 1.07 4.89 22.51 144.88 146.55 23.05 1.08 1.05 1.08 2.40 S3 22.51 146.73 149.77 25.12 1.15 1.02 1.14 11.59 22.51 145.65 148.39 25.54 1.14 0.99 1.12 13.46 S4 50.26 425.30 425.48 52.98 1.00 0.95 1.00 5.41 50.26 405.28 405.49 53.70 1.00 0.94 1.00 6.84 S5 50 419.85 424.20 54.15 1.09 1.00 1.09 8.30 S6 50 399.15 402.91 53.16 1.08 1.01 1.07 6.32 40 419.76 422.25 42.70 1.06 0.99 1.06 6.75 50 399.30 403.29 52.98 1.08 1.02 1.08 5.96 S7 49.83 399.30 400.56 55.77 1.02 0.91 1.02 11.92 49.96 419.76 422.18 54.58 1.05 0.96 1.04 9.25 49.86 399.3 401.90 53.66 1.05 0.97 1.05 7.62 La gravedad específica o densidad de la partícula de las virutas de NFU´s (20-50mm) se encuentra en el rango de 1.10 a 1.30 g/cm3 o 11-13 kN/m3 [108], [147], [163]²[165], con valores mayores en las piezas que contienen correas de acero. En esta investigación se encontraron valores entre 1.00-1.15 g/cm3 o 10-15 kN/m3, valores muy similares en el conjunto de las muestras evaluadas y similares a las investigaciones anteriores. Se observa baja dispersión de los datos. Para calcular la absorción de las partículas de NFU´s se realizó el procedimiento que se describe en la norma UNE-EN 1097-6: 2014 [157]. El secado en horno se realizó por periodos mayores a 24 h. a una temperatura de 80º C, en base a investigaciones pasadas, Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 117 | 221 en las que los granulados de NFU´s parecen no perder peso de la parte sólida [71]. Se tomaron varios pesos hasta obtener una lectura constante. Para ello, hubo que secar superficialmente los trozos tras la saturación del granulado de NFU´s, evitando que el agua retenida en su superficie desvirtuara el resultado final, como ocurre en la determinación de la absorción de agua. Los resultados de absorción presentan valores entre 2-13%, valores similares a los reportados en otras investigaciones, con tamaños de partícula superiores (50, 50- 100,100-200 y 200-300 mm), rangos entre 6.7 y 7% [143]. Las investigaciones de By J. H. Lee (1999) [147] registraron absorciones del 1-2.5% para partículas de 300 mm. En general, las piezas de NFU´s tienen una baja cantidad de absorción y baja capilaridad, probablemente debido a la impermeabilidad del caucho [166]. 7.6.3. Relación entre el índice de huecos y la densidad aparente para los granulados de NFU´s. En el análisis de porosidad y huecos vacíos, al igual que en los suelos utilizados para rellenos, los granulados de NFU´s presentan una fase sólida, una líquida (agua absorbida o externa a las partículas) y una gaseosa (huecos vacíos). No obstante, en los NFU´s la fase gaseosa es más compleja que en otros materiales de relleno convencionales, ya que el volumen de los huecos vacíos exteriores presenta más importancia que las partículas constituyentes, característica de los materiales ligeros (Ver ilustración 19). Según las investigaciones de Tommy Edeskär (2006) [80] la porosidad de los fragmentos de NFU´s es alta, con rangos entre el 62% para las condiciones de relleno suelto y el 45% después de la compactación Próctor Modificado. Una de las diferencias más notorias entre los suelos convencionales y el granulado de NFU´s son las densidades aparentes o en su defecto el peso específico, que se refleja en el volumen ocupado por la muestra. El peso específico a granel de las muestras puede llegar a medir entre 530 y 600 kg/m3, casi cinco veces menor que la arena. En esta investigación se obtuvieron valores inferiores, del rango de 430-450 kg/m3. Por tanto, el caucho granulado se puede considerar una fuente de áridos liviana debido a su bajo Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 118 | 221 peso específico, que lo distingue de otras fuentes de materiales reciclados utilizados en rellenos [101]. En medios granulares, la cuantificación de los huecos vacíos en cuanto al volumen de la muestra se realiza mediante la densidad aparente y la densidad de la partícula (Ver tabla 25). Tabla 25. Resultado de densidad aparente de la muestra (ǐbSDUWtFXODVǐa); porcentaje de huecos (Ǎ) de los granulados NFU´s. Muestr a M2 (g) ǐb (g/cm3 ) conjun to ǐa (g/cm3) partícul a Ǎ (%) Ilustración 19 Ensayo de densidad aparente del conjunto y porcentaje de huecos del granulado de NFU´s. S2 1446.50 0.45 1.00 54.74 1452.40 0.46 1.01 54.76 1446.40 0.45 1.02 55.40 1445.00 0.45 1.00 54.97 1438.70 0.45 1.07 58.28 1436.30 0.44 1.00 55.71 1437.80 0.44 1.01 56.12 1433.10 0.44 1.02 56.64 S3 1422.60 0.43 1.07 59.71 1426.70 0.43 1.07 59.58 1425.40 0.43 1.00 56.59 1428.60 0.44 0.98 55.30 S4 1445.40 0.45 0.95 52.51 1443.60 0.45 0.94 52.31 1442.80 0.45 1.03 56.25 1444.70 0.45 1.05 56.84 Se observan altos porcentajes de vacíos en las muestras, valores similares a los obtenidos en investigaciones anteriores. Por lo tanto, se confirma que los granulados de NFU´s requieren una precarga o presión de confinamiento, para evitar o minimizar las deflexiones que pudieran presentarse. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 119 | 221 7.7. Propiedades mecánicas 7.7.1. Compactación (Ensayo Próctor) Las pruebas Próctor estándar y modificado (de compactación) se realizaron para determinar el contenido de humedad óptimo y densidades. Estas pruebas son esenciales, ya que la estabilidad y el asentamiento de una estructura de relleno, como el terraplén de una carretera y el estribo de un puente, dependen de lo bien compactado que esté el material de relleno. La característica de compresibilidad de los granulados se encuentra fuertemente ligada a la compacidad que poseen. Para el caso de los granulados de NFU´s, su elevada compresibilidad se debe a las propiedades elásticas del caucho, que es el principal componente de los neumáticos. Debido a su geometría tórica y elasticidad, los NFU´s son difícilmente compactables [99]. Este hecho obliga al conocimiento detallado de la compresibilidad del granulado de NFU´s, para evitar asientos inesperados en las puestas en marcha [167]. Se han determinado las características de compresibilidad de las muestras de granulado de NFU´s de acuerdo a la norma UNE-EN 13286-2:2011 [168]. El ensayo radica en compactar una fracción del material en un cilindro con un volumen conocido, variando únicamente su humedad, para que se obtenga su punto de compactación máxima. Se puede definir la compacidad como la comparación cuantitativa de las densidades secas o pesos unitarios secos que el granulado NFU´s va adquiriendo gradualmente al variar la humedad, la energía o el método de compactación. Magdalena Kowalska 2016 [169] afirma que se requieren contenidos altos de humedad para la obtención de densidades secas máximas, anunciando resultados de hasta un 40% en granulometrías de 0,1²1 mm. En la presente investigación se estudiaron incrementos del 5% en el contenido de agua, introducido a través del peso del material, entre el 5% y el 60% de los granulados de NFU´s. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 126 | 221 Ilustración 25. Gráfico de deformaciones horizontales contra esfuerzos tangenciales individuales de muestras de granulados de NFU´s. S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 127 | 221 Tabla 27. Valores resultantes de la cohesión y del ángulo de fricción de las combinaciones de granulado de NFU´s. MUESTRA COHESIÓN c (kPa) ÁNGULO DE ROZAMIENTO כ (º) ECUACIÓN S1 1 15.78 23.60 y = 0,4369x + 15,784 R² = 0,9996 2 12.19 23.45 y = 0,4338x + 12,188 R² = 0,9767 3 16.58 23.60 y = 0,4369x + 16,583 R² = 0,9941 4 18.18 25.05 y = 0,4674x + 18,181 R² = 0,9983 5 10.39 26.33 y = 0.4949x + 10.389 R² = 0.9999 6 13.99 25.34 y = 0.4735x + 13.986 R² = 0.9997 S2 1 1.60 26.19 y = 0,4919x - 1,5984 R² = 0,9963 2 2.80 25.91 y = 0,4857x + 2,7971 R² = 0,9953 3 1.00 20.18 y = 0.3675x + 1 R² = 0.9206 4 8.39 26.47 y = 0,498x + 8,3914 R² = 0,999 5 18.78 23.45 y = 0.4338x + 18.781 R² = 0.9767 6 16.38 22.41 y = 0,4124x + 16,383 R² = 0,9849 7 17.18 25.48 y = 0.4766x + 17.182 R² = 0.9894 8 25.97 23.16 y = 0.4277x + 25.974 R² = 0.9983 9 17.78 24.04 y = 0.446x + 17.782 R² = 0.9997 S3 1 8.99 30.52 y = 0,5896x - 8,9908 R² = 0,9935 2 24.98 22.41 y = 0,4124x + 24,975 R² = 0,9887 3 20.18 22.56 y = 0,4155x + 20,179 R² = 0,972 4 18.18 22.86 y = 0,4216x + 18,181 R² = 0,9997 5 11.78 25.20 y = 0.4705x + 11.788 R² = 0.9998 6 19.98 22.86 y = 0.4216x + 19.98 R² = 0.9999 7 26.57 22.11 y = 0.4063x + 26.573 R² = 0.9901 S4 1 28.77 21.36 y = 0,391x + 28,771 R² = 0,9971 2 12.79 24.76 y = 0,4613x + 12,787 R² = 0,9996 3 23.58 23.01 y = 0,4246x + 23,576 R² = 0,991 4 23.58 21.66 y = 0,3971x + 23,576 R² = 0,9868 5 21.98 23.89 y = 0.443x + 21.978 R² = 0.9996 6 22.98 23.16 y = 0.4277x + 22.977 R² = 0.9983 S5 1 37.56 30.32 y = 0,3544x + 37,562 R² = 0,9835 2 13.59 23.01 y = 0,4246x + 13,586 R² = 0,9992 3 12.19 26.75 y = 0.5041x + 12.188 R² = 0.9979 4 20.38 23.45 y = 0.4338x + 20.379 R² = 0.9947 5 5.79 26.33 y = 0.4949x + 5.7941 R² = 0.9968 6 16.98 25.34 y = 0.4735x + 16.983 R² = 0.9997 7 13.59 23.01 y = 0.4246x + 13.586 R² = 0.9992 S6 1 52.10 27.61 y = 0,2108x + 52,147 R² = 0,8459 2 15.99 26.47 y = 0,498x + 14,985 R² = 0,9752 3 17.78 26.47 y = 0,498x + 17,782 R² = 0,9831 4 14.79 22.56 y = 0,4155x + 14,785 R² = 0,9988 5 13.19 26.47 y = 0.498x + 13.187 R² = 0.999 6 21.58 23.60 y = 0.4369x + 21.578 R² = 0.9963 7 26.37 24.18 y = 0.4491x + 26.373 R² = 0.9523 S7 1 25.37 24.91 y = 0.4644x + 25.374 R² = 0.9999 2 18.18 25.34 y = 0.4735x + 18.181 R² = 0.996 3 8.99 27.44 y = 0.5193x + 8.9908 R² = 1 4 16.38 26.33 y = 0.4949x + 16.383 R² = 0.9999 5 27.97 22.71 y = 0.4185x + 27.971 R² = 0.9682 6 27.37 22.41 y = 0.4124x + 27.372 R² = 0.9978 * Repetición de pruebas, valores descartados para la evaluación de parámetros de valores característicos. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 128 | 221 Se encontraron las envolventes de fallo de Mohr-Coulomb para distintos tamaños de partícula (ilustración 26 y 27), en las que se indica que de manera general, todas las muestras presentan valores similares. Cabe destacar que las mezclas S6 (50% 2.0-7.0mm + 50% 0.6-2.0 mm) y S7 (33% 2.0-7.0mm + 33% 0.6-2.0 mm + 33% 0.0-0.8 mm) tienen los parámetros de resistencia al corte más altos, debido a la mejora de la distribución granulométrica. Se entiende que un mejor acomodo de las partículas repercute en la resistencia exhibida. Este fenómeno es atribuido principalmente a la mejora de los contactos entre partículas, que a su vez altera el ángulo de fricción aparente y mejora la cohesión. Sin embargo, estas mejoras no se consideran significativas en relación al rango de valores obtenidos. La variación del ángulo de fricción interna y la cohesión de los diferentes tamaños de partícula estudiados fue una variación no lineal, sin mostrar un comportamiento de tendencia predecible. En general, los resultados del valor del ángulo de fricción interno oscilaron entre 21°-28°, mientras que la cohesión presentó una dispersión mayor de valores entre 1-29 kPa (ver ilustración 27-28). Estos resultados concuerdan con investigaciones del mismo rango de tamaño de partícula, con valores entre 15°- 29° y 0-12 kPa respectivamente [128], [153], [170], [173], [178]. Se encontraron pocas investigaciones que obtuvieran valores superiores a los antes mencionados. Se ha observado en otras granulometrías (>12mm) que cuando aumentan las deformaciones de 10 al 20%, los valores aumentan de 6° a 15° y de 70 kPa a 82 kPa [179]. Tommy Edeskär (2006) [80] señala que para un ángulo de fricción de 39º se requieren deformaciones significativas para desarrollar la cohesión (>20%), condiciones que en la mayoría de los equipos de corte directo en laboratorio no pueden producirse. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 129 | 221 Ilustración 26. Dispersión de la cohesión de las combinaciones de granulado de NFU´s. Ilustración 27. Dispersión del ángulo de fricción de las combinaciones de granulado de NFU´s. 7.7.3. Edometría La compresibilidad del material (o la capacidad de aumentar / disminuir en volumen cuando se somete a una carga aplicada) es uno de los factores más importantes requeridos en las consideraciones de diseño [170]. La elevada compresibilidad del NFU´s en parte se debe a las características elásticas del caucho, que es el principal componente 0 5 10 15 20 25 30 35 0 1 2 3 4 5 6 7 c (kPa) S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 MEDIA 15 17 19 21 23 25 27 29 0 1 2 3 4 5 6 7 Ĵ(°) S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 MEDIA Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 130 | 221 de los neumáticos [77, p. 18], [97]. Por ello se requiere el conocimiento detallado de la compresibilidad del troceado de NFU´s. Se ha evaluado dicha compresibilidad de acuerdo con la norma UNE-EN ISO 17892-5:2019 [180] a través de una campaña de ensayos edométricos para las muestras representativas del conjunto de datos: S5 (90% 2,0 ² 7,0 + 10% 0,6 ² 2,0 mm) y S6 (50% 2,0 ² 7,0 + 50% 0,6 ² 2,0 mm), muestras que presentaron mejor desempeño en los ensayos preliminares. Las presiones novales a las que se sometieron las muestras fueron; 5,10, 20, 50, 100, 200, 500 y 1000 kPa, empleando ciclos de carga-descarga completos y ciclos intermedios de descarga-recarga entre presiones intermedias. Se utilizaron cuatro escalones de descarga. Las probetas se compactaron hasta conseguir el 100% de la energía Próctor y el contenido óptimo de humedad (Ver ilustración 28). En otras investigaciones se ha detectado un aumento del índice de compresión (Cc) y del índice de hinchamiento (Cs) en las mezclas suelo²NFU´s, debido al menor módulo de cizallamiento del caucho [153], [181]. De acuerdo con las investigaciones de Imtiaz Ahmed y C. W. Lovell [171], la compresión total de las muestras de NFU´s se debe principalmente a tres mecanismos: - La compresión debida al reordenamiento/deslizamiento de las partículas que produce una pequeña compresión, principalmente durante el primer ciclo de carga. - La compresión debida a la flexión o aplanamiento de las partículas, responsable de la mayor parte de la compresión total y recuperable en su mayor parte durante la descarga. - La compresión debida a la deformación elástica de las piezas, una pequeña compresión debida a este mecanismo y recuperable en su totalidad. Esto indica que la compresión de las partículas de NFU´s puede reducirse aumentando las presiones de confinamiento y sobrecarga o rellenando los huecos de aire con material menos compresible, por ejemplo en las combinaciones de suelo-NFU´s. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 131 | 221 Ilustración 28. Preparación y montaje de ensayos edométricos del granulado de NFU´s. Previamente se analizó la influencia del equipo edométrico en la elaboración de las pruebas (Ver ilustración 29). Se obtuvieron comportamientos similares, las curvas presentaban tendencias paralelas en el conjunto de los datos. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 132 | 221 Ilustración 29. Comparación de curvas edométricas de los granulados NFU´s para la muestras S5 y S6. En las investigaciones de Ignacio San Martín (2009) [91] se indica que la compresibilidad de los NFU´s troceados es independiente de su granulometría y de su grado de saturación. Se menciona que las muestras saturadas sufren una fricción similar a las muestras secas, lo que significa que la presencia de agua no reduce el coeficiente de rozamiento entre la muestra y la celda edométrica. La variación en los tamaños de las partículas de NFU´s tiene poca influencia en la respuesta de carga-deformación para esfuerzos de compactación [171]. -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 5 50 500 Indice de hueco(e0) Presión Vertical IJ´v (kPa) S5 1º CICLO S5 1º CICLO -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 10 100 1000 Indice de hueco(e0) Presión Vertical IJ´v (kPa) S6 1º CICLO S6 1º CICLO Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 133 | 221 Se ha demostrado que los granulados de NFU´s presentan una deformación mucho más elástica que el suelo, varias veces inferiores a los valores habituales, lo que confiere al residuo un nivel de compresibilidad muy elevado [91] [182]. Su curva de tensióndeformación es casi reversible cuando se libera la tensión, y su módulo de Young presenta valores extremadamente bajos en comparación con el suelo [182]. En los ensayos realizados en esta investigación se observaron dos comportamientos claros en las curvas novales: por un lado, se aprecian ramas de carga-descarga con deformaciones permanentes irrecuperables, y por otro lado se observan que las ramas son casi paralelas entre sí, independientemente de la carga noval de origen (ver ilustración 31). Con la finalidad de estudiar la evolución de los módulos edométricos se realizaron ciclos de carga-descarga. En total se llevaron a cabo tres muestras para diferentes ciclos de carga-descarga, en tres equipos diferentes. Las pruebas de carga cíclica mostraron que la compresión es mayoritariamente plástica, presentando disminuciones significativas con el aumento de los niveles de tensión. Sin embargo, la precarga dada por el ciclo anterior genera una ligera acumulación de deformaciones en el primer ciclo de carga (ver ilustración 30). Algunas investigaciones afirman que en el proceso de diseño se debe incluir una capa de suelo convencional cuyo espesor sea suficiente para generar un precarga que evite las deformaciones superficiales [102]. Por este motivo el departamento de transporte de EUA [107] recomienda un espesor mínimo de suelo sobre la capa de NFU´s de 0.9 m (3 pies). Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 134 | 221 Ilustración 30. Ciclos de carga y descarga edométricos de los granulados NFU´s para la muestras S5. La forma de la curva edométrica de las muestras evaluadas fue muy similar a las obtenidas en otras investigaciones con este tipo de granulometrías (<12 mm) [91], [170], [171], [177], [183]. Los fragmentos de NFU´s más pequeños tienen una respuesta inicial -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 5 50 500 Indice de hueco(e0) Presión Vertical IJ´v (kPa) S5 1º CICLO S5 2ºCICLO S5 3ºCICLO -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 5 50 500 Indice de hueco(e0) Presión Vertical IJ´v (kPa) S5 1º CICLO S5 2ºCICLO 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 5 50 500 Indice de hueco(e0) Presión Vertical IJ´v (kPa) S5 1º CICLO S5 2ºCICLO Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 135 | 221 de tensión-deformación más rígida en comparación con los más grandes y la compresibilidad aumenta con el aumento del tamaño de los fragmentos de NFU´s [80]. Se comprobó que el comportamiento de tensión-deformación de los ciclos es muy similar. Se destaca que la deformación de la muestra ante distintas cargas aplicadas es independiente del ciclo evaluado, y que la mayoría de las deformaciones se encuentran en el rango elástico. Las deformaciones verticales finales (1000 kPa) presentan valores entre 32 y 64%(Ilustración 31). Estos valores son muy similares a los deducidos en estudios anteriores de muestras de TDA (12-305 mm) [71], [99], [104], [153], [177]. Sin embargo, estas deformaciones son muy grandes comparadas con las que se suelen obtener en los estudios de compresibilidad del suelo. Ilustración 31. Presiones verticales vs Deformaciones unitarias, ensayo edométrico de los granulados NFU´s para la muestras S5 y S6. En otras investigaciones de partículas inferiores a 12mm, los resultados del índice de compresión (Cc) y del índice de hinchamiento (Cs) presentan valores de 0.30-0.78 y 0.18- 0.45 [71], [153], [181]. En esta investigación se encontraron valores similares del rango de 0.21-0.44 y 0.18-0.32 respectivamente (Ver tabla 28). Se asemejan a los valores de arcillas altamente compresibles. 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 10 100 1000 Deformación unitario (%) Presión Vertical IJ´v (kPa) S5 1º CICLO S5 2ºCICLO S5 3ºCICLO S5 1º CICLO S5 2ºCICLO S5 1º CICLO S5 2ºCICLO S6 1º CICLO S6 1º CICLO Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 142 | 221 8.1. Criterios en aplicaciones a evaluar De acuerdo con las investigaciones de Ali Tasalloti et al. (2021) [170] los criterios de diseño basados simplemente en la resistencia y la permeabilidad pueden no ser suficientes para la implementaciones de NFU´s donde se requieran prestaciones altas, como en el caso de rellenos estructurales en cimentación. Es por ello que plantea un nuevo marco de criterios de diseño geotécnico adicionales, que incluye tres niveles de aceptación (ver ilustración 33): - Nivel 1: Resistencia al corte por fricción / capacidad de carga. Cuando se utilizan como rellenos estructurales, los rellenos de NFU´s deben tener un ángulo de fricción ָ \RXQ&%5'HORFRQWUDULRVRORGHEHQUHFRPHQGDUVHcomo rellenos generales. - Nivel 2: Compresibilidad (nivel más crítico). Dado que la compresibilidad podría continuar durante un largo período de tiempo, se sugiere que los rellenos de NFU´s se acepten como relleno estructural sólo si la deformación YROXPpWULFDıv) 'HORFRQWUDULRVRORGHEHQUHFRPHQGDUVHFRPRUHOOHQRVJHQHUDOHV - Nivel 3: Permeabilidad (no es un nivel crítico). Para garantizar la rápida disipación del exceso de presión de agua de poro (es decir, manteniendo un drenaje relativamente libre), se recomienda que los rellenos estructurales de NFU´s tengan un coeficiente de permeabilidad similar al de los rellenos arenosos / grava (es decir, 1×10î8 PVNïî6m/s). De lo contrario, solo deben recomendarse como rellenos generales. Dichos criterios se han tenido en cuenta para su posible aceptación en relación a la fase experimental y de las posibles aplicaciones que se especifican para las fases evaluadas en esta investigación. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 143 | 221 Ilustración 33. Criterios de aceptación de muestras de NFU´s en aplicaciones geotécnicas. Fuente: [170] En principio se observa que en relación a los criterios de aceptación: - Para el primer nivel (ָ ODVPXHVWUDV63 y S5 mostraron valores superiores a 30° en solo una de las siete pruebas realizadas. El resto de las muestras no logra cumplir dicha especificación, quedando como media resultados de 22 y 23° respectivamente; - En el segundo nivel de compresibilidad (nivel más crítico), en los resultados de las pruebas de edometría VHSUHVHQWDGHIRUPDFLyQYROXPpWULFDıvFXDQGRlas muestras se someten a presiones inferiores a 10 kPa, segundo escalón de carga (presiones de confinamiento bajas). Es decir, que se observan deformaciones altas comparadas con las que se suelen obtener en los estudios de compresibilidad del suelo convencional; - Para el tercer nivel, las probetas NFU´s presentan coeficientes de permeabilidad entre de 6.85-11 (10-4 m/s), valores que se encuentran dentro de los rangos establecidos para arenas limpias y mezcla de grava y arenas limpias (10-2 ² 10-5 m/s), suelos con drenaje adecuado para la implementación en obras de ingeniería. Desde un punto de vista general, el conjunto de las muestras evaluadas no superan las especificaciones para altas prestaciones. Se decidió estudiar casos prácticos donde las prestaciones sean moderadas y las características propias del material puedan ser de utilidad para su implementación. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 144 | 221 8.2. Granulado de NFU´s en capas de rellenos en viarios Cuando las obras de ingeniería se construyen en suelos débiles y comprimibles, las consideraciones de estabilidad y asentamiento son críticas. Se deben utilizar materiales ligeros en la construcción de rellenos para reducir el peso de las estructuras civiles sobre estos suelos. Los granulados de NFU´s poseen propiedades técnicas atractivas y podrían ser utilizados de forma beneficiosa en aplicaciones de ingeniería civil. Se cuenta con casos prácticos como ejemplos de buenas prácticas de la implementación de NFU´s en terraplenes. La obra de acceso al aeropuerto de Portland y a Congress Street (1998) consistía en una estructura que se encontraba sobre un estrato de 12 metros de arcilla marina débil. En este caso los diseñadores del proyecto (las oficinas en Maine de HNTB, Inc. y Haley and Aldrich, Inc. y la Universidad de Maine) descubrieron que los terraplenes construidos con suelo convencional eran demasiado pesados, lo que suponía un factor de seguridad inaceptable para la estabilidad de los taludes. Se optó por los fragmentos de NFU´s porque eran 300.000 dólares más baratos que las demás alternativas estudiadas [129]. En este caso, el proyecto dio un uso final beneficioso de 1.2 millones unidades de neumáticos. Se tomaron varias medidas para cumplir las directrices que limitan el calentamiento de los rellenos de NFU´s [96], [108]. Las capas se limitaron a espesores mayores a 3 m divididas por capas de 1 m de suelo convencional (Ver ilustración 34). En el exterior y en la parte superior del relleno se colocó tierra de baja permeabilidad con un mínimo de 30% de finos (que pasan el tamiz nº 200) para limitar la entrada de aire y agua. Por último, se especificó la implementación de fragmentos con un mínimo de finos, menos del 25% que pasaba el tamiz de 1½ pulgadas (40mm) y menos del 1% que pasaban el nº 4 (5mm) [129]. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 145 | 221 Ilustración 34. Sección transversal de un terraplén construido sobre arcilla marina blanda para el intercambiador del puerto de Portland. Fuente: [187] En la mayoría de los casos, los materiales ligeros de relleno se utilizan para reducir la carga de diseño de los rellenos, mejorando así la estabilidad de los taludes y reduciendo la presión lateral de la tierra sobre la estructura [102]. En este sentido, la presente investigación pretende exponer la implementación de partículas inferiores a 12 mm en capas de viarios con el objetivo de reducir el peso del mismo y así aminorar las cargas transmitidas al terreno. El Laboratorio de Geotecnia del CEDEX ha participado en diversos proyectos que abordan la implementación de NFU´s en viales, redactando a partir de ellos la ´*XtDSDUDHOSUR\HFWR\HMHFXFLyQGHUHOOHQRVYLDULRVFRQ1)8WURFHDGRVµpara la Delegación General de Carreteras (DGC). Entre sus muchas conclusiones, CEDEX afirma que la construcción de relleno viario con NFU´s es perfectamente viable desde un punto de vista técnico y ambiental, siempre que se cumplan con las especificaciones de proyecto de ejecución [106]. En la siguiente tabla 30 se enlistan experiencias llevadas a cabo en terraplenes. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 146 | 221 Tabla 30. Experiencia de materiales reciclados en terraplenes. MATERIAL FUENTE EXPERIENCIA APLICACIÓN RESULTADOS NFU´s Fuente: [99, p. 102] (Botello Rojas et al., 2008). Duplicación de la carretera M-111 y Variante Fuente el Saz, Madrid. Relleno seleccionado para terraplén. Los NFU´s como relleno en terraplenes no producen ningún impacto medioambiental en la calidad de las aguas subterráneas. La presión vertical producida en el cimiento del relleno debido a la presencia de NFU´s, es de aproximadamente un 70% menor que la correspondiente obtenida en un terraplén convencional. Los asientos esperados ocurren durante el proceso constructivo a un tiempo limitado a dos o tres meses, y posteriormente no se esperan grandes deformaciones. NFU´s Fuente: [97, p. 105] (Parra Arraya, 2012). Autopista AP-46. Alto de las Pedrizas-Málaga. Ejecución del terraplén, dos secciones tipo. El Tramo de 100 m de longitud, con 3 secciones tipo: - Sección de control - Sección mezcla NFU´s-suelo - Sección NFU´s. En total se consumieron 3.000 toneladas de triturado de NFU´s como relleno de ligero del terraplén. NFU´s Fuente: [97, p. 108] (Cano Linares et al, 2010). Bandas de ensayo (DGC y el CEDEX) Cuatro bandas de ensayo. Compactación: rodillo liso y bulldózer. Las deformaciones verticales máximas sufridas por las tongadas de la banda de NFU´s-suelo marginal estuvieron comprendidas entre 18% y 24%, inferiores al valor medio obtenido en la banda de NFU´s compactada con rodillo (30%). Las densidades obtenidas han resultado ser: - NFU´s, compactado con rodillo: 0.84 y 0.91 t/m3 - NFU´s, compactado con bulldózer: 0.72 y 0.91 t/m3 - Mezcla NFU-suelo marginal compactado con rodillo: 1.5 y 1.9 t/m3. NFU´s Fuente: [193] (2017). Bandas de prueba, tramo Autovía Linares ²Albacete (A-32). Ejecución de secciones en terraplén: NFU´s y mezclas NFU´s-suelo. La maquinaria más adecuada para realizar la compactación de tiras de NFU´s no mezclados y de mezclas con suelos es el rodillo liso vibratorio. No se ha podido determinar con absoluta claridad el número mínimo de pasadas de compactador necesarios para la compactación. El relleno con NFU´s compactado presenta una densidad muy ligera que puede ser ventajosa para determinadas aplicaciones. La mezcla de NFU´s-suelo produce un material más denso, menos deformable y más fácilmente compactable. RCD´s Fuente: [97, p. 126] (Matachana et al, 2004) (Bocchino, 2010) Viales 4104 y 4099, Guadabajaque (CEDEX y la Universidad de León) Aplicación de los criterios del PG-3 en terraplenes. El comportamiento de los terraplenes ha sido totalmente satisfactorio e incluso se ha empleado el mismo material para la construcción de la ampliación de dichos viales de acceso. Se llega a la conclusión de que se trata de un material clasificado como adecuado. MATERIALES LIGEROS, ARLITA. Fuente: [97, p. 133] (Weber, 2006) Urbanización plaza de la estación, Zaragoza. La nueva estructura debía soportar un relleno que no le transmitiera demasiada carga al elemento. Gracias a la solución empleada se consiguió reducir la carga un 75% lo cual posibilitó no tener que demoler toda la estructura. Debido a su facilidad de puesta en obra se consiguen rendimientos elevados en los procesos constructivos. En general, se destaca la reducción de cargas que se trasmiten en la cimentación y a los elementos aledaños con la implementación de materiales reciclados ligeros en terraplenes. En la actualidad en España, para emplear un material no convencional en un terraplén es necesario que el residuo preste condiciones similares a las especificaciones técnicas de los materiales convencionales [99]. Una de las principales preocupaciones del uso de NFU´s en los terraplenes son los grandes asentamientos (alrededor del 10 al 15%) observados en varios estudios de campo y de laboratorio [171]. Hay poca información disponible sobre los asentamientos tolerables de los terraplenes de las carreteras. Los asentamientos posteriores a la construcción de 0.3 a 0.6 m (1 a 2 pies) durante la vida Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 147 | 221 útil de un terraplén pueden considerarse tolerables siempre que sean razonablemente uniformes a lo largo del tramo en cuestión. Los efectos perjudiciales de los asentamientos en este rango se pueden reducir utilizando pavimento flexible sobre los rellenos de NFU´s [108]. Si se emplean los NFU´s como relleno de terraplenes, se hace necesario la implementación de una capa de suelo convencional entre el residuo y el paquete de firmes, por tres motivos [91]: - Limitar los asientos del paquete de firmes, producidos por las cargas del tráfico. - Prevenir el contacto que pueda existir entre los vehículos y el troceado, que puede tener cables de acero expuestos. - Reducir la posibilidad de incendio. Los problemas potenciales asociados al uso de NFU´s en los terraplenes de las carreteras son: - La lixiviación de metales e hidrocarburos. - El riesgo de incendio. - La gran compresibilidad de los NFU´s. De forma general, se puede afirmar que el coste de utilizar NFU´s en los terraplenes depende de una serie de factores que varían en función de las condiciones locales: - El coste ocasionado por el proceso de trituración del NFU´s, gestiones internas de las propias plantas de tratamiento. - El coste del transporte del granulado de NFU´s, que a su vez depende de la distancia de las instalaciones de trituración al lugar de la obra. - El coste de la colocación y la compactación, que a su vez estará acompañado de las posibles prescripciones técnicas específicas para la puesta en obra de los NFU´s. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 148 | 221 8.2.1. Propuesta de actuación Aunque no se trate de una experiencia llevada a cabo en el relleno de un terraplén, se plantea el estudio de una capa reductora de peso y de cargas trasmitidas a terrenos débiles. Como caso práctico, por la vinculación del tutor de esta tesis D. Antonio Jaramillo Morilla, catedrático de Ingeniería del Terreno, de la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de la Universidad de Sevilla, se propuso intervenir en la rehabilitación de uno de los viales de acceso a la Urbanización Cármenes del Mar, en Almuñécar (Granada). A continuación se presenta la evolución de los daños y desplazamientos presentados en el vial: Ilustración 35. Evolución de los daños y asentamientos en vial de acceso de la Urbanización Cármenes del Mar, Almuñécar. Noviembre 2012-Noviembre 2014-Marzo 2019. Fuente: Antonio Jaramillo Morilla. En este caso, se hace necesario el empleo de materiales ligeros que reduzcan las cargas transmitidas al suelo. Esta urbanización fue construida sobre una ladera inestable para la que se necesitó la ejecución de terrazas como soporte, con más de veinte metros de relleno en algunas zonas y cuyos asientos han superado los desplazamientos admisibles (ver ilustración 36 y 37). Los granulados de NFU´s tienen un peso del orden de un tercio inferior respecto al material convencional [129], lo que ayuda a la estabilización de la zona mediante el uso de un residuo industrial reciclado como material de construcción. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 149 | 221 Ilustración 36. Daños y asentamientos en vial de acceso de la Urbanización Cármenes del Mar, Almuñécar, Zona de actuación. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 150 | 221 Ilustración 37. Asentamientos puntuales en vial de acceso de la Urbanización Cármenes del Mar, Almuñécar. Zona de actuación. Elizabeth Contreras Marín CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES RECICLADOS: PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DEL GRANULADO DE NEUMÁTICO FUERA DE USO (NFU´S) P á g i n a 151 | 221 8.2.2. Características intrínsecas del material Se toma como condición de partida el relleno de NFU´s en la zona de coronación del terraplén, de acuerdo con las especificaciones descritas en el PG-3. Se hace la mención de que cuanta más pequeña es la partícula, más limitado se encuentra el espesor de capa que se puede colocar de dicho material. En este estudio se propone utilizar triturados de NFU´s de partículas no esféricas con tamaños que van desde 0,6 mm a 7,0 mm, pedazos de NFU´s sin acero y con porcentajes inferiores al 5% de textiles incrustados en la partícula (despreciables para la caracterización). La granulometría contemplada para esta puesta en marcha ha sido la S5 (90% 2,0 ² 7,0 + 10% 0,6 ² 2,0) (Ver ilustración 38). En total se propone el empleo de 6 toneladas de material. A continuación se describen las características contempladas en la implementación del material: Tabla 31.Características intrínsecas del granulado de NFU´s, material propuesto en la reparación del vial de acceso de la Urbanización Cármenes del Mar, Almuñecar. Muestr a Tamaño (mm) ƶa (kN/m3) WA24 (%) ǐd (kN/m3) C (kPa) ս (°) Características generales S5 90% 2,0 ² 7,0 +10% 0,6 ² 2,0 1.10 8.30 5.93 9.72 23.24 ausencia de plasticidad y nula materia orgánica Ilustración 38. Granulometría S5 (90% S4 2,0 ² 7,0 + 10% S2 0,6 ² 2,0 mm), material propuesto para la reparación del vial de acceso de la Urbanización Cármenes del Mar, Almuñécar. 8.1.3. Prescripciones técnicas De acuerdo con el PG-3 [194] para la implementación de materiales reciclados se deberán contemplar una serie de aspectos relacionados con las propiedades intrínsecas del material, así como la influencia de dichas características en la implementación como