RECYTRACK Project: Elastomeric ecoRECYTRACK Project: Elastomeric eco friendlyfriendlyRECYTRACK Project: Elastomeric ecoRECYTRACK Project: Elastomeric eco--friendly friendly material based on endmaterial based on end--ofof--life tires blended with life tires blended with

organic bind resin for railway applicationsorganic bind resin for railway applications

Joan CardonaJoan Cardona

PROYECTO RECYTRACK

LIFE 10  ENV/ES/000514

Director Técnico de AV Ingenieros

Introducción

Datos generales del proyecto:

• Proyecto cofinanciado por la Comisión Europea a través del programa LIFE+ 2010• Proyecto cofinanciado por la Comisión Europea a través del programa LIFE+ 2010

• Objetivo: Desarrollo de un material elastomérico a base de NFU para su aplicación en la superestructura ferroviaria con el objetivo de reducir la emisión de vibraciones debido al tráfico de trenes.

Demostrar la viabilidad técnica y económica.

• Duración: Octubre 2011 - Marzo 2015*

• Presupuesto: 1.583.981 €

• Financiación C.E.: 45,97%

• Consorcio:

Beneficiario Coordinador Beneficiarios Asociados

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Introducción

Estructura del proyecto:

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Introducción

NFU = Neumáticos Fuera de Uso

¿Por qué el uso de NFU?

-Residuo importante en sociedades desarrolladas, por la elevada dependencia del automóvil

-Residuo no degradable

-RD 1481/2001: no se admiten en vertederos los NFU enteros a partir de Julio de 2003 ni los NFU troceados a partir de Julio de 2006los NFU troceados a partir de Julio de 2006

-RD 1619/2005 sobre la gestión de los NFU

Revalorización de NFUs

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Introducción

Aunque aquí se tratará la aplicación de NFU al sector ferroviario, existen gran variedad de aplicaciones:

-Campos de fútbol, pavimentos de seguridad, arrecifes artificiales, rellenos ligeros de terraplenes, aislamiento térmico, capas drenantes (vertederos)…

Algunos proyectos de investigación recientes:

-NEW JERSEY: mejora de la absorción de impactos en barreras de seguridad Jersey

-WOODRUB: desarrollo de materiales de construcción a base de madera + NFU

-ROADTIRE o POLYMIX: desarrollo de asfaltos porosos

-ECOVIA: desarrollo de guarda-raíles, divisoras de carriles y otros elementos para carreteras

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Introducción

En general, los productos de revalorización de NFU deberán tener en cuenta:

Identificar los requisitos legales y normas que regulan las especificaciones y sus usos- Identificar los requisitos legales y normas que regulan las especificaciones y sus usos.

-Caracterización funcional del elastómero conformado.

Atenuación de vibraciones y también requerimientos mecánicos, y q ,eléctricos, térmicos, de heladicidad, de absorción de agua, de fatiga o de resistencia al fuego establecidos para su uso.

En el caso de productos a base neumático triturado + resina:

-Selección de la dosificación de materiales para obtener las propiedades mecánicas, vibratorias y otras que se requieran.

Variabilidad de propiedades en función de la dosificación

Propiedades “contrapuestas”

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p p

NFU aplicados a soluciones de vía

* Sólo en algunos tipos de fijación

Encamisado para carril embebido*

Placas de asientoPlacas elásticas*

Encamisado para carril embebido

Suelas bajo traviesa (USP)

Mantas bajo balasto

- Apoyos discretos sobre pads

Sistemas de losa flotante:

Fuente: Getzner

Mantas bajo balasto (UBM)

- Apoyos continuos sobre bandas

- Apoyo en superficie completa (manta)

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Fuente: Getzner

NFU aplicados a soluciones de vía

Vía balastada: manta bajo balasto (UBM)

• Por su ubicación presentan gran capacidad de atenuación de vibraciones, ya que la masa del paquete de vía permite bajar la frecuencia natural del sistema.de vía permite bajar la frecuencia natural del sistema.

• Utiliza NFU triturado + resina, combinando dosificación.

M j l di t ib ió d di i d l t i b l t b d i t ió

• Se reducen las labores de mantenimiento por lo que

• Mejoran la distribución de cargas, disminuyendo las tensiones en balasto y base de cimentación, la calidad, durabilidad y estabilidad de la vía.

Se reducen las labores de mantenimiento, por lo que se mejora el coste de ciclo de vida de la vía

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NFU aplicados a soluciones de vía

Vía en placa: bloques aislados (IBS)

• Alternativa a la manta bajo balasto en caso de vías en placa.

• Capacidad de atenuación de vibraciones apropiada pero i f i l l fl t t l d l i t linferior a la losa flotante, ya que la masa del sistema es la del bloque de hormigón que actúa como traviesa.

• Utiliza NFU triturado + resina, combinando dosificación.

• Elevado aislamiento eléctrico del carril.

•Buena transitabilidad (obstructions-free system)

• Ojo con el desplazamiento lateral del carril dosificación

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NFU aplicados a soluciones de vía

Características principales del material elastomérico desarrollado:

• Uso de NFU granulado

• Granulometría: de 2 mm a 4 mm

• Resina de poliuretano como ligante

• Dosificación de la resina: 6-12 %Características principales de la resina

Características del material elastomérico

Características del material elastomérico

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Diseño vibratorio de los materiales

1. Desarrollo de herramienta de predicción de la atenuación de vibraciones

• Modelo analítico de vehículo-superestructura-terreno

• Considera masas y rigideces del vehículo, carriles, sujeciones, traviesas, balasto, terreno, ...

• Modelo de parámetros distribuidos donde las fijaciones se caracterizan como muelles verticales, las traviesas como masas, el balasto como un muelle vertical y una masa constante y el terreno se considera homogéneo.

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Diseño vibratorio de los materiales

2. Nueva metodología para caracterización dinámica a alta frecuencia

L d t d t d d l d l i l 1 80 H• Los datos de entrada del modelo son necesarios en el rango 1-80 Hz

• Pero los protocolos actuales de caracterización dinámica de materiales sólo consideran el rango 1-30 Hz (DIN 45673-5:2010, “Mechanical vibration. Resilent elements used in railway g ( ytracks. Part 5: Laboratory test procedures for under-ballast mats”)

Ensayos de laboratorio en el rango 1-80 HzEnsayos de laboratorio en el rango 1 80 Hz

Medida mediante acelerómetros en lugar de LVDT

9 kN de fuerza estática + 500 N de fuerza dinámica en todo el rango frecuencialg

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Diseño vibratorio de los materiales

3. Determinación de los parámetros dinámicos

L l d l á t di á i d fi l t i l bti d f i di t• Los valores de los parámetros dinámicos que definen el material se obtienen de forma indirecta:

o Método de las curvas de histéresis

o Se considera un sistema masa-muelle de 1 GDL para el cálculo teórico de las curvaso Se considera un sistema masa muelle de 1 GDL para el cálculo teórico de las curvas

o Se calculan las curvas de histéresis experimentales

o Se ajustan los parámetros del modelo para ajustar las curvas teóricas a las experimentaleso Se ajustan los parámetros del modelo para ajustar las curvas teóricas a las experimentales

Parámetros dinámicos:

kbm, cbm y ηbm

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Diseño vibratorio de los materiales

4. Cálculo del Insertion Loss

L é did i ió I ti L IL l á t d fi l fi i d l• La pérdida por inserción o Insertion Loss, IL, es el parámetro que define la eficacia del material (en el conjunto de superestructura) en términos de reducción de vibraciones.

• Se calcula mediante la expresión que relaciona el nivel de vibración en un punto del terreno p q pconsiderando una superestructura con material elastomérico y otra sin material elastomérico.

• Para ello, se calculan las receptancias triaxiales en función de la frecuencia en el terreno para ambos casosambos casos.

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Resultados

1. Nivel de vibración en cualquier punto del terreno

2 Atenuación de vibraciones IL provocado por un material elastomérico insertado en la2. Atenuación de vibraciones, IL, provocado por un material elastomérico insertado en la superestructura ferroviaria.

3. Cálculos válidos para cualquier tipo superestructura, de terreno o material móvil.

4. IL real en función de la frecuencia.

2

E = 300 MPaE = 50 MPa

y = 2 m

y = 8 m

y = 15 m

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Resultados

5. Modelo bidireccional

Posibilidad de redefinición del material elastomérico en caso de no cumplir con los objetivos de atenuación planteados, antes de implantar el producto en vía

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Conclusiones

1. RECYTRACK desarrolla e implementa dos soluciones elastoméricas (UBM e IBS) en la superestructura ferroviaria, basadas en revalorización de NFU.

2. Modelo predictivo de vehículo/superestructura/terreno para el cálculo del IL.

3. Nueva metodología para la caracterización dinámica de materiales a alta frecuencia.

4. Modelo bidireccional que permite calcular los parámetros que debe tener el material para que cumpla con los requerimientos de IL.

Agradecimiento a la C.E. por cofinanciar este proyecto, con referencia ENV/ES/000514,

mediante el instrumento LIFE+ 2010.

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Gràcies!Gràcies!

Gracias!Gracias!

Más información:

Joan Cardona: jcg@avingenieros comJoan Cardona: jcg@avingenieros.com

Web AV Ingenieros: www.avingenieros.com

Web RECYTRACK: http://life2010-recytrack.com

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