Extrapolación de materiales viarios

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1 Cuadernos Tecnológicos de la PTC Extrapolación de materiales viarios Nº 04 / 2012 Autor: A. Sampedro Rodríguez E.P.S. Universidad Alfonso X El Sabio (UAX) PLATAFORMA TECNOLÓGICA ESPAÑOLA DE LA CARRETERA (PTC)

2 Plataforma Tecnológica Española de la Carretera (PTC). Goya 23-3º, Madrid. Reservados todos los derechos. ISBN:

3 LA COLECCIÓN CUADERNOS TECNOLÓGICOS DE LA PTC La Plataforma Tecnológica Española de la Carretera (PTC) es el foro de encuentro apoyado por el Ministerio de Economía y Competitividad para todos los agentes del sistema ciencia-tecnología-empresa con un papel relevante en el fomento del empleo, la competitividad y el crecimiento en el sector de las infraestructuras viarias en España. Desde su presentación en sociedad en febrero de 2010, la PTC trabaja como una plataforma transversal que fomenta el intercambio fluido de información y las discusiones a nivel tecnológico entre los agentes privados y públicos del sector, con el objeto de contribuir a que España se convierta en el referente mundial en materia de tecnologías asociadas a la carretera. La colección de publicaciones Cuadernos Tecnológicos de la PTC surge de los convenios de colaboración que la Plataforma mantiene con un importante número de instituciones académicas activas en la I+D+i en materia de infraestructuras viarias. Cada Cuaderno se incardina dentro de alguna o varias de las temáticas y sub-temáticas de la vigente Agenda Estratégica de Investigación de la Carretera en España ( ).

4 Listado de Cuadernos Tecnológicos del año 2012: 01/2012: Análisis del Megatruck en España 02/2012: Conceptualización del transporte sostenible desde el comportamiento prosocial 03/2012: Consideraciones para la modificación de los límites de la velocidad en base a la accidentalidad 04/2012: Extrapolación de materiales viarios 05/2012: Gestión de la mejora de la movilidad a parrtir de servicios cooperativos 06/2012: Influencia de la meteorología adversa sobre las condiciones operacionales del tráfico y recomendaciones para la localización de sensores de variables atmosféricas 07/2012: Membranas flexibles ancladas al terreno para la estabilización de taludes en carreteras 08/2012: Priorización de actuaciones sobre accidentes de tráfico mediante reglas de decisión 09/2012: Sistemas lidar móvil para el inventario geométrico de carreteras Listado de Cuadernos Tecnológicos del año 2011: 01/2011: Los retos de Sistemas de adquisición de información de tráfico: estado actual y futuro 02/2011: Los retos de Firmes Permeables 03/2011: Los retos del Sistema fotogramétrico para la medición remota de estructuras en programas de inspección de puentes 04/2011: Los retos de Pago por uso de las infraestructuras viarias: Estudio de los accesos a Madrid 05/2011: Los retos del Sistema ecall: Situación actual y estándares 06/2011: Los retos de La velocidad de operación y su aplicación en el análisis de la consistencia de carreteras para la mejora de la seguridad vial 07/2011: Los retos de Desarrollo de una metodología de análisis de ciclo de vida integral específica para carreteras 08/2011: Los retos de Control pasivo de velocidad: intervención en tramos de acceso a entornos urbanos Para cualquier información adicional, contacte con info@ptcarretera.es o visite

5 Cuaderno Tecnológico de la PTC Nº 04/2012 Extrapolación de materiales viarios Autor: A. Sampedro Rodríguez E.P.S. Universidad Alfonso X El Sabio (UAX) Agenda Estratégica de Investigación de la Carretera en España ( ) Temáticas: Materiales Sub-temáticas: Nuevas tecnologías para materiales y técnicas constructivas más seguras, eficientes y sostenibles. En colaboración con:

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7 Índice 1. Introducción y objeto El sector viario Enfoque del estudio Subbalasto bituminoso Referencias...21

8 Extrapolación de materiales viarios Autor: A. Sampedro Rodríguez E.P.S. Universidad Alfonso X El Sabio (UAX)

9 1. Introducción y objeto El objeto del presente proyecto sería el desarrollo de un Análisis de Extrapolación de Materiales Viarios a otras infraestructuras y aplicaciones, tratando de obtener nuevas salidas y mercados al sector de fabricantes de materiales y constructores de carreteras, analizando la viabilidad técnica y económica de cualquiera de estas posibles salidas, tanto a nivel nacional como internacional, y buscando, además, mercados en fases de desarrollo incipiente y con un mayor valor añadido. Durante los últimos años, el sector viario es, probablemente, el que mayor desarrollo técnico y normativo ha experimentado dentro del campo de la ingeniería civil. Y, lamentablemente, los recortes presupuestarios de las distintas Administraciones Públicas, a raíz del entorno de crisis económica que atravesamos, han incidido directamente sobre dicho sector, de tal forma que, a día de hoy, las inversiones en construcción y conservación de carreteras son muy escasas, a pesar del deficiente estado de nuestras redes de carreteras, sea cual fuere su tipología o titularidad. A partir de aquí, el presente proyecto pretende aprovechar el desarrollo de este sector, y su knowhow, para extrapolarlo a otros sectores de la ingeniería civil en los que puedan aplicarse este desarrollo en cuanto a materiales y procesos, de tal forma que permita dar una salida al sector, y seguir aprovechando los recursos empleados durante estos años de atrás en alcanzar este nivel tecnológico. Fig. 1: Proyecto de carretera solar. 1

11 2. El sector viario 2.1 Planteamiento inicial El sector viario, aglutinado en torno a la Plataforma Tecnológica Española de la Carretera (PTC), reúne a empresas muy diversas. En el presente proyecto, se consideraría a las empresas fabricantes de productos y materiales de construcción para carreteras, así como a las empresas contratistas y subcontratistas, especializadas en la ejecución de estas. Asociadas a ellas, el objeto del presente proyecto también incluye a laboratorios, centros tecnológicos de investigación y universidades, que puedan realizar y verificar la viabilidad técnica de la aplicación de los materiales empleados en el sector viario a otros sectores o infraestructuras. Esto no sería difícil, pues parte de los agentes citados, o todos, ya trabajan en otros sectores, con lo que conocen las especificaciones que deberían cumplir los materiales de cara a sus nuevas aplicaciones, además se incluiría a las nuevas entidades que pudieran estar implicadas (ej.: nuevas administraciones). 2.2 Situación actual del sector viario La situación actual del sector viario es alarmante. La inversión en carreteras ha disminuido hasta mínimos por debajo de los valores necesarios para mantener en adecuado estado de conservación la red de carreteras existente. Ello ha llevado a un deterioro de las redes de carreteras en España, nacional, autonómicas y locales, que la Asociación Española de la Carretera (AEC) ha plasmado en sus últimos informes. Según la AEC, el estado de conservación de la Red registra el peor dato desde 1985, y entre 2005 y 2011, las necesidades de reposición han aumentado cerca de un 30% en el conjunto de las carreteras españolas. Como conclusiones de este estudio, pueden obtenerse las siguientes: El estado de conservación de los firmes de las carreteras obtiene la peor nota en 25 años Hay que reponer señales Es necesario repintar cerca de kilómetros de marcas viales Barreras metálicas, aprobado justo 3

12 Cuaderno Tecnológico de la PTC Nº 04 / 2012 El balizamiento, único elemento que obtiene buena calificación Iluminación: el 21% de las luminarias, apagadas Necesidades de inversión: cerca de millones de euros 2.3 Estado de las carreteras españolas Según el estudio de la AEC, el estado actual de conservación de las carreteras españolas ha empeorado hasta situarse en niveles que no se registraban desde los años 80. En términos generales y de acuerdo con las conclusiones del estudio, actualmente las carreteras españolas se encuentran en un estado de conservación deficiente, con un déficit acumulado de millones de (un 30% más que en 2005). Según la investigación de la AEC, el patrimonio viario se ha deteriorado en los últimos seis años a un ritmo del 5% anual. Como consecuencia de los reiterados recortes en la inversión destinada a refuerzo de firmes y al equipamiento viario, la red española de carreteras empieza a mostrar claros síntomas de un deterioro que la Asociación Española de la Carretera (AEC) califica como peligroso, y cuyas consecuencias no se harán esperar: incremento de la exposición al riesgo de sufrir un accidente de tráfico; pérdida de competitividad interterritorial y con respecto a nuestros socios europeos; aumento exponencial de los costes de reparación (cada euro no invertido a tiempo en refuerzo de firmes se transforma en 5 a los tres años y en 25 a partir del quinto); incremento de los costes de mantenimiento de los vehículos y aumento de las emisiones contaminantes, entre otras. A las que suman consecuencias colaterales para el usuario con claras implicaciones en la seguridad, tales como la exigencia de mayores niveles de concentración en la conducción derivada de la necesidad de prestar más atención al pavimento, con el consiguiente aumento del cansancio y la pérdida de percepción respecto de las circunstancias del tráfico, la vía y la señalización. La conclusión más destacada del estudio sobre Necesidades de Inversión en Conservación es, sin duda, el notable deterioro del firme tanto en la Red de Carreteras del Estado como en la Red Autonómica, obteniendo una calificación media de deficiente en ambos casos. Para ambas redes, el estudio de la Asociación Española de la Carretera (AEC) otorga al estado de conservación de los firmes la peor nota de los últimos 25 años, y ello pese al importante número de kilómetros que se han construido. Esto pone de manifiesto que el pavimento empieza a mostrar síntomas evidentes de un grave deterioro estructural consecuencia de la falta de inversión en su mantenimiento. Así, las inversiones en refuerzo de firmes en la Red de Carreteras del Estado han pasado de más de 500 millones de anuales en los años 2007 y 2008 a 28 millones de en 2009, 14 millones de en 2010, 0 en 2011 y 0 en los tres primeros meses de En este sentido y desde el punto de vista de necesidades inversión, la auditoría llevada a cabo por la AEC estima que devolver al firme a un estado de conservación adecuado requiere actualmente una inversión mínima de millones de (94,2% de la inversión total). De ellos, la Red del Estado precisa de millones, y la Red Autonómica de millones.

13 Extrapolación de materiales viarios Angel Sampedro Rodríguez Fig. 2: Evolución del estado de los firmes. Fuente: AEC. Fig. 3 : Evolución de la señalización vertical. Fuente: AEC. 5

14 Cuaderno Tecnológico de la PTC Nº 04 / 2012 Fig. 4: Evolución de la señalización horizontal. Fuente: AEC. Sobre la señalización vertical, el estudio establece la necesidad de reponer señales. La señalización vertical en las carreteras del Estado y en las Autonómicas obtiene una puntuación por debajo del aprobado. Con ello se consolida la calificación de deficiente que este tipo de señalización viene arrastrando desde los primeros años de la década de En 2010 y 2011, la inversión en renovación de señales ha sido de prácticamente 0. Sobre la señalización horizontal, es necesario repintar cerca de kilómetros de marcas viales. Según este informe, debería repintarse un total de kilómetros de marcas viales en la Red Estatal, y kilómetros en la Autonómica, lo que requiere una inversión global de 90 millones de (5,6 y 80,4 millones en cada una de las respectivas redes). Otro elemento fundamental en la red viaria, como es el caso de las barreras de seguridad metálicas, obtiene un aprobado justo. El estudio de la AEC aquí constata una leve mejora. No obstante, de acuerdo con los datos de la Asociación Española de la Carretera (AEC), 150 millones de de inversión contribuirían a mejorar aún más este elemento. Una cifra que se distribuye en 50 millones para las barreras de la Red del Estado, y 100 millones para las instaladas en la Red de las Comunidades Autónomas. 6 El balizamiento, por último, es el único elemento que obtiene buena calificación. De todos los elementos analizados, es el que presenta un estado más saludable en ambas redes, estatal y autonómica, obteniendo la calificación de buena.

15 Extrapolación de materiales viarios Angel Sampedro Rodríguez Fig. 5: Evolución de los sistemas de contención. Fuente: AEC. Fig. 6: Evolución del balizamiento. Fuente: AEC. 7

16 Cuaderno Tecnológico de la PTC Nº 04 / 2012 Como conclusión, el citado estudio establece que para conseguir unos niveles suficientes en las dos redes estudiadas sería necesaria una inversión muy cercana a los millones de euros, cifra muy alejada de los recursos asignados por parte del Ministerio de Fomento y de las Comunidades Autónomas para la conservación de carreteras. Por lo tanto, esta falta de inversión, tanto en construcción como en conservación, ha llevado al sector viario a una situación insostenible, ante la que sólo caben dos estrategias, complementarias, la diversificación y la internacionalización. El presente proyecto pretende ser un estudio que sirva de apoyo a las empresas del sector viario para facilitarles ambas estrategias, tanto a nivel sectorial como a nivel particular. 8

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19 3. Enfoque del estudio El estudio comprendería las siguientes fases: 3.1 Fase I. Prospectiva En la fase inicial, se analizaría el mercado de las infraestructuras a nivel nacional e internacional, detectando cuales tienen perspectivas de implantación y desarrollo durante los próximos años. De esta forma, se partiría del tipo de infraestructuras con mayor proyección a corto, medio y largo plazo para que cada agente o empresa pueda decidir y ajustar mejor las siguientes fases a sus preferencias. 3.2 Fase II. Análisis multicriterio La siguiente fase consistiría en realizar un análisis multicriterio para evaluar la viabilidad técnicoeconómica de los distintos materiales extrapolables a los tipos de infraestructuras establecidas durante la fase anterior como prioritarias. Así, se ponderarían los volúmenes, costes, posibilidades de fabricación y transporte, márgenes de venta, etc., de los posibles materiales. Dentro de los materiales para carreteras, hay algunos muy genéricos, que se utilizan en cualquier obra de ingeniería civil: tierras, acero, cemento, hormigón, etc. Pero, hay que tener en cuenta que alguno de ellos tiene desarrollos muy específicos para el caso viario como, por ejemplo, hormigones con tratamientos especiales para pavimentos. Estos son los casos, dentro de estos tipos de materiales, que se incluirían en el estudio. Y hay otros materiales más específicos del ámbito viario, como es el caso de las mezclas bituminosas, cuyo nivel de desarrollo ha permitido disponer de una amplia gama de materiales, en función de las especificaciones de partida. Mediante este análisis multicriterio, se podría obtener, para cada caso o mercado, qué materiales resultaría interesante, desde el punto de vista de una empresa determinada, extrapolar hacia otras infraestructuras o mercados. 11

20 Cuaderno Tecnológico de la PTC Nº 04 / 2012 Fig. 7: Presencia internacional del Grupo FCC. 3.2 Fase II. Análisis multicriterio La siguiente fase consistiría en realizar un análisis multicriterio para evaluar la viabilidad técnicoeconómica de los distintos materiales extrapolables a los tipos de infraestructuras establecidas durante la fase anterior como prioritarias. Así, se ponderarían los volúmenes, costes, posibilidades de fabricación y transporte, márgenes de venta, etc., de los posibles materiales. Dentro de los materiales para carreteras, hay algunos muy genéricos, que se utilizan en cualquier obra de ingeniería civil: tierras, acero, cemento, hormigón, etc. Pero, hay que tener en cuenta que alguno de ellos tiene desarrollos muy específicos para el caso viario como, por ejemplo, hormigones con tratamientos especiales para pavimentos. Estos son los casos, dentro de estos tipos de materiales, que se incluirían en el estudio. Y hay otros materiales más específicos del ámbito viario, como es el caso de las mezclas bituminosas, cuyo nivel de desarrollo ha permitido disponer de una amplia gama de materiales, en función de las especificaciones de partida. 12 Mediante este análisis multicriterio, se podría obtener, para cada caso o mercado, qué materiales resultaría interesante, desde el punto de vista de una empresa determinada, extrapolar hacia otras infraestructuras o mercados.

21 Extrapolación de materiales viarios Angel Sampedro Rodríguez Fig. 8: Extendido de mezclas bituminosas. 3.3 Fase III. Viabilidad técnica Una vez establecidos los nuevos mercados, se comprobará, para cada caso, el grado de cumplimiento de las especificaciones y normativas correspondientes por parte de los materiales seleccionados. A partir de aquí, en caso de no cumplirlas, se realizaría un estudio particular, para cada caso, de las razones y las posibilidades de cumplimiento. Así, por ejemplo, un determinado material, podría lograr cumplir las especificaciones variando dosificaciones, granulometrías, con aditivos, etc. Si no hubiera especificaciones para este nuevo material, se empezaría por desarrollar una propuesta de normativa, en base a un análisis de las prestaciones exigidas para esta nueva aplicación (ej.: impermeabilidad, resistencia, flexibilidad, etc.). 3.4 Fase IV. Divulgación Por último, para poder consolidar esta extrapolación, se realizarían las actividades necesarias para la divulgación de estas nuevas aplicaciones: manuales, publicaciones, congresos, jornadas, etc. 13

22 Cuaderno Tecnológico de la PTC Nº 04 / 2012 Fig. 9: Jornada técnica de divulgación. 14

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25 4. Subbalasto bituminoso Como ejemplo representativo de lo que podría ser la extrapolación de un material específico de carreteras hacia otros mercados de la ingeniería civil se encuentra el subbalasto bituminoso, cuyo enfoque se describe a continuación. Dentro de los últimos avances en la tecnología para el transporte ferroviario de alta velocidad en España está el planteamiento de nuevas secciones estructurales para la formación de plataformas basadas en materiales de mejores prestaciones, frente a la solución tradicional basada en el empleo de materiales granulares. Entre estas técnicas, cabe destacar, por su interés para el sector de las mezclas asfálticas, la sustitución del subbalasto granular por subbalasto bituminoso. El subbalasto bituminoso se está empezando a aplicar en vías para alta velocidad ferroviaria en España conforme a las especificaciones marcadas por un nuevo artículo, G0114 Subbalasto bituminoso, del Pliego General de Prescripciones Técnicas Tipo para los Proyectos de Plataforma (PGP). Esta capa está constituida por un espesor de 12 cm. de mezcla bituminosa semidensa del tipo AC22 S. El empleo de capas de subbalasto con materiales de mejores prestaciones que las capas granulares, empleadas hasta ahora, mejora el comportamiento estructural de la plataforma ferroviaria. Además, supondría sustituir una capa de subbalasto granular de 30 cm. por una capa de subbalasto bituminoso de 12 cm., lo cual implica, de partida, un ahorro de material y transporte enorme. La reducción estimada de volumen de áridos necesarios estaría en torno al 40 por ciento. Así, aplicado sobre el sistema de vía en balasto, el empleo de subbalasto bituminoso confiere a la vía unas prestaciones que hacen que se pueda hablar de un tipo de vía que se podría considerar como mixto, situado entre la vía en balasto y la vía en placa. Esta solución, bien planteada y optimizada, podría abarcar las ventajas de ambos tipos de vías, y evitar gran parte de sus inconvenientes. Para la adopción de este nuevo material, ADIF se ha apoyado en el desarrollo realizado por el CEDEX mediante un complejo estudio y modelización del comportamiento del subbalasto bituminoso basado en la realización de ensayos acelerados a escala real en la instalación del CEDEX, en el llamado Cajón, del Laboratorio de Geotecnia. 17

26 Cuaderno Tecnológico de la PTC Nº 04 / 2012 Fig. 10: Cajón de ensayo de plataforma ferroviaria del CEDEX. En este caso, la extrapolación del empleo de mezclas bituminosas en la capa de subbalasto permite un mejor desempeño de las funciones que esta capa tiene asignadas dentro del diseño de la plataforma ferroviaria. Estas funciones son: Impedir la infiltración del agua procedente de las lluvias hacia las zonas inferiores (rellenos y desmontes). Reducir la transmisión de las cargas a la capa de forma y zonas inferiores. Proteger estas zonas de la climatología: heladas, hielo-deshielo, etc. Amortiguar y absorber la energía de las cargas estáticas y dinámicas transmitidas por los trenes en circulación. Evitar la contaminación por finos del balasto. Al cumplir con estas funciones, las ventajas, en función de las necesidades, podrían ser las siguientes: Mejora de la capacidad estructural de la plataforma, lo que se traduciría en un mejor comportamiento de todas las partes y elementos de la infraestructura. Mayor durabilidad de la plataforma ante las deformaciones verticales producidas por las cargas. 18 Mejores condiciones de drenaje, pues la mezcla bituminosa protegería de la entrada de agua a los rellenos y fondos de desmonte.

27 Extrapolación de materiales viarios Angel Sampedro Rodríguez Mejor comportamiento de la infraestructura frente a las acciones del clima, pues está mejor protegida. Mayor estabilidad del balasto y vía, lo que reduciría enormemente las operaciones y gastos de conservación. Reducción del ruido y vibraciones por el paso de los trenes al entorno. Mejores condiciones de construcción, pues, como ya se ha dicho, la coronación de la plataforma con subbalasto bituminoso presentaría muchas ventajas desde el punto de vista de organización y calidad en las obras ferroviarias. En el caso del subbalasto bituminoso, se puede estimar el consumo de mezclas bituminosas para líneas de alta velocidad ferroviaria en t/km, lo cual supondría un nuevo mercado para este material, tanto a nivel nacional como internacional. 19

29 5. Referencias ADIF (2011). Pliego General de Prescripciones Técnicas Tipo para los Proyectos de Plataforma (PGP). Madrid ASOCIACIÓN ESPAÑOLA DE LA CARRETERA (AEC). Estudio sobre Necesidades de Inversión en Conservación. Madrid, MINISTERIO DE FOMENTO. Pliego de Prescripiciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3). Madrid. ORTIZ, J. (2005). Relación entre los principios del desarrollo sostenible y la construcción y conservación de carreteras. Jornada sobre Conservación, Carreteras y Seguridad Vial. Recoletos, Conferencias y Formación. Madrid. PROYECTO FÉNIX. (2009). Monografía 1: Sostenibilidad. Agrupación FÉNIX A.I.E. Madrid. PROYECTO FÉNIX. (2011). Monografía 2: Reducción de los impactos ambientales durante la construcción y explotación de firmes asfálticos. Agrupación FÉNIX A.I.E. Madrid. Sampedro, A., Ainchil, J.P., Lucas, F.J. (2010). Subbalasto bituminoso. Mezclas asfálticas en infraestructuras ferroviarias de altas prestaciones. Comunicación V Jornada Nacional de ASEFMA. Madrid. 21

30 PLATAFORMA TECNOLÓGICA ESPAÑOLA DE LA CARRETERA (PTC) Goya 23-3º, Madrid (España) Web: En colaboración con: Con el apoyo de: