Actividad 2: Transferencia Tecnológica relativa a materiales de construcción, incluyendo materiales marginales y residuos aprovechables

Transcripción

1 Actividad 2: Transferencia Tecnológica relativa a materiales de construcción, incluyendo materiales marginales y residuos aprovechables Acción 2.1: Utilización de materiales marginales en terraplenes en el Sur de España y Norte de Marruecos, y metodologías para su aplicación. Diciembre 2013

2 ÍNDICE 1.- ANTECEDENTES, INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS ANTECEDENTES INTRODUCCIÓN MATERIALES MARGINALES NATURALES, RESIDUOS Y OTROS TIPOS APROVECHABLES EN TERRAPLENES VIARIOS NORMATIVA ESPAÑOLA: CONCEPTO DE MATERIAL MARGINAL PARA SU USO EN TERRAPLENES VIARIOS Consideraciones especiales recogidas en la norma española sobre el empleo de suelos marginales naturales Consideraciones recogidas en la norma española sobre el empleo de residuos Consideraciones sobre otros tipos de materiales CARACTERISTICAS DE LOS RESIDUOS Y MATERIALES LIGEROS EMPLEADOS EN TERRAPLENES VIARIOS ESPAÑOLES Neumáticos fuera de uso: NFU Estériles de carbón Residuos de demolición y construcción (RCD) Escorias de acería LD Arlita o arcilla expandida Poliestireno expandido RESUMEN DE LAS CARACTERISTICAS Y CONDICIONES DE PUESTA EN OBRA DE LOS MATERIALES MARGINALES NATURALES, RESIDUOS Y MATERIALES LIGEROS...46

3 3.- EXPERIENCIAS DE USO EN ESPAÑA DE DIFERENTES MATERIALES MARGINALES EN TERRAPLENES DE CARRETERAS EXPERIENCIAS Y APLICACIONES DE MATERIALES NATURALES MARGINALES A-23. Villanueva de Gállego-Zuera Autovía del Olivar: Tramo enlace Oeste de Baeza-enlace Norte de Puente del Obispo Z-40. Tramo: Ronda Sur de Zaragoza Autovía de la ruta del Toro Tramo II de la M Tramo I de la M Autopista M-50 y R Autopista Bilbao-Behobia Variante de Alcalá de los Gazules Otros casos resumidos Autopista de acceso al puerto de Tánger Med (Marruecos) EXPERIENCIAS DE UTILIZACIÓN DE NFU Duplicación de la carretera M-111 y Variante Fuente el Saz Experiencias del laboratorio de geotecnia en la ejecución de rellenos viarios con neumáticos fuera de uso Autopista AP-46. Alto de las Pedrizas-Málaga Vía de servicio y modificación de enlaces San Isidro-aeropuerto Sur EXPERIENCIAS DE UTILIZACIÓN DE ESTÉRILES DE CARBÓN Autovía Cubillos-Toreno Polígono industrial de Riaño EXPERIENCIAS DE UTILIZACIÓN DE RESIDUOS DE DEMOLICIÓN Viales 4104 y 4099 en la localidad de Guadabajaque Puerto de Barcelona EXPERIENCIAS DE UTILIZACIÓN DE MATERIALES LIGEROS Urbanización de la G-44/2 del P.G.O.U. de Zaragoza, Urbanización de la plaza de la estación Reparación de asientos diferidos en trasdós de estribo de viaducto del cierre norte de Barakaldo Variantes del puerto de Santa María y Puerto Real CASOS ADICIONALES EN LOS QUE HA SIDO NECESARIA LA REALIZACIÓN DE UN ESTUDIO ESPECIAL Autovía A- a su paso por Padornelo

4 N-630 Guijuelo-Béjar Variante de la M-301 a su paso por Perales del Rio RESUMEN DE LOS CASOS ESTUDIADOS CONCLUSIONES

5 1.- ANTECEDENTES, INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS ANTECEDENTES El Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX) es un organismo público de vanguardia, concebido desde su creación en los años 50 como organismo de asistencia técnica de alto nivel en el campo de la ingeniería civil y el medio ambiente asociado. Esta función se encamina principalmente a la prestación del apoyo técnico y tecnológico demandado por los Ministerios de Fomento y de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, que no excluye el servicio dado a otras instituciones, públicas y privadas, nacionales o extranjeras. Las actividades que se llevan a cabo en el organismo, a través de sus diferentes Centros y Laboratorios especializados en las distintas áreas de la ingeniería civil, son entre otras: la realización de estudios e investigación en sus propias instalaciones y con prototipos, el control de calidad en obras públicas, la recopilación de información y documentación científica y tecnológica y, la organización de cursos de postgrado, seminarios y otras actividades docentes enfocadas a la transferencia de tecnología y conocimientos. Como parte de estas actividades se incluyen los estudios que se realizan para la determinación de las propiedades y aplicaciones de materiales de construcción; entre los que cabe mencionar a los materiales naturales, los de tipo artificial y los residuos, así como los análisis y estudios experimentales de estructuras, incluyendo las obras de tierra. Estos estudios se abordan no solo teniendo en cuenta los aspectos técnicos, sino también todos aquellos aspectos de tipo medioambiental que pudieran afectar al entorno, siempre con el fin de garantizar la protección del mismo, la seguridad y la salud. En este sentido, el proyecto TTIGEM, concebido como un proyecto de Transferencia Tecnológica entre el Reino de Marruecos y la CC.AA de Andalucía, en temas de Ingeniería Geotécnica, de Estructuras y de Materiales y de impacto de infraestructuras en el ámbito de la ingeniería civil, recoge entre sus Actividades el interés de compartir conocimientos en temas de materiales de construcción. En concreto, la Actividad 2 : relativa a la Transferencia Tecnológica en materia de materiales de construcción, incluyendo los materiales marginales y residuos con posibilidades de aprovechamiento en construcción, recoge entre sus acciones la Acción 2.1, que tiene por objeto la recopilación y análisis de un gran número de casos de terraplenes viarios ejecutados en Andalucía y en Marruecos con materiales marginales, considerando distintos tipos de suelos marginales y residuos, entre los que cabe citar: los residuos de construcción y demolición, los neumáticos fuera de uso, las escorias de acería LD y los estériles de carbón. Dentro de la Actividad 2, se encuadra también la Acción 2.2 en la que se presentan unas recomendaciones para el aprovechamiento de residuos de construcción y demolición y su utilización como áridos reciclados en la fabricación de hormigones estructurales y no estructurales. El presente Documento Técnico ha sido elaborado para dar cumplimiento a los objetivos correspondientes a la Acción 2.1: Transferencia Tecnológica: Utilización de materiales marginales en terraplenes en el Sur de España y Norte de Marruecos, y metodologías para su aplicación. Se espera que este documento, junto con los correspondientes a la Acción 2.2 ( Transferencia Tecnológica: Elaboración de recomendaciones para el aprovechamiento de Residuos de Construcción y Demolición y su utilización como áridos reciclados en la fabricación de hormigones estructurales y no estructurales ) contribuya a impulsar la transferencia tecnológica relativa a prácticas de construcción más sostenibles medioambientalmente, dándose a conocer las posibilidades y metodologías para el 2

6 aprovechamiento y reutilización de residuos y materiales marginales en las obras públicas en el sur de España y norte de Marruecos y, que puedan derivarse, por tanto, beneficios de tipo ambiental y económicos INTRODUCCIÓN A la hora de ejecutar cualquier tipo de construcción es imprescindible conocer a priori las características y propiedades de los materiales que se vayan a emplear para poder utilizarlos del mejor modo, aprovechando al máximo sus capacidades, además, se requiere disponer de información sobre el comportamiento a largo plazo de dichas construcciones con el fin de prever y evitar posibles situaciones problemáticas. En particular, en el caso de las obras lineales, es necesario conocer las características del terreno de cimento de la obra así como de los materiales a emplear en las mismas, generalmente serán suelos naturales. Uno de los inconvenientes en este tipo de obras reside en que las propiedades de los suelos varían mucho en función de su procedencia, naturaleza y evolución de los mismos, por lo que resulta imprescindible disponer de una clasificación de los distintos tipos de suelos en función de sus características y sus posibilidades de puesta en obra. En España todos los aspectos relativos a la construcción de obras lineales viarias están recogidos en un documento denominado Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes, conocido normalmente como PG-3, que ha adquirido rango de norma. En dicho documento se clasifican los suelos potencialmente utilizables en obras lineales viarias en base al análisis de un conjunto de propiedades. Actualmente, esta clasificación comprende 5 grupos que abarcan desde los suelos con mejores características hasta los de menores calidades, de acuerdo con el siguiente orden: suelos seleccionados, adecuados, tolerables marginales e inadecuados. Sin embargo, esto no ha sido siempre así; anteriormente, y en vigencia hasta el año 2000, los suelos se clasificaban de mejor a peor en los siguientes grupos: seleccionados, adecuados, tolerables e inadecuados, siendo los inadecuados aquellos que no cumplían con alguno de los requisitos exigidos para su empleo; éstos eran rechazados y por tanto su destino final era el vertedero, con el consiguiente perjuicio económico y medioambiental. Con el objetivo, entre otros, de procurar el mejor aprovechamiento de un mayor tipo y volumen de materiales, la normativa fue modificada para incorporar un nuevo grupo de suelos denominados marginales. Este nuevo grupo engloba a todos aquellos materiales que no pudiendo ser clasificados en las otras categorías (seleccionados, adecuados o tolerables) cumplen al menos unos requisitos mínimos en cuanto a contenido en materia orgánica, hinchamiento y condiciones de plasticidad fijados por la normativa, y, además, se exige, para su posible aprovechamiento, la realización de un estudio especial con un determinado contenido. Bajo esta categoría de suelos se incorporan también los productos procedentes de procesos industriales o de manipulación humana, es decir los residuos y suelos artificiales; siempre con la condición de que cumplan los requisitos técnicos necesarios para su empleo y que sus características físico-químicas garanticen la estabilidad presente y futura del conjunto En el presente Documento Técnico se recoge la revisión que se ha hecho de los diferentes tipos de materiales marginales que se han empleado en España en rellenos en terraplén en obras de carreteras y otras obras de tierra, así como un conjunto numerosos de experiencias prácticas llevadas a cabo con dichos materiales marginales. Estas experiencias han sido analizadas con el fin de conocer a fondo cuál ha sido el comportamiento de las 3

7 mismas, los tratamientos empleados y los aspectos particulares de puesta en obra de los materiales empleados. Asimismo, también se ha pretendido identificar cuáles han sido los tratamientos que han dado que han dado buenos resultados para poder tenerlo en cuenta en futuras actuaciones. La ejecución de cualquier obra lineal requiere en muchos casos el empleo de gran cantidad de material y, como el trazado de las mismas no siempre transcurre por terrenos de buena calidad, para disponer de los materiales adecuados suele ser necesario en muchos casos recurrir a materiales de préstamo. Esto conlleva una serie de inconvenientes como son el coste de los materiales de préstamo, costes medioambientales y costes por envío de materiales desechables a vertedero. Esta es una de las razones por las que se está extendiendo la costumbre de llevar a cabo estudios especiales de los materiales que en principio serían de desecho para analizar su posibilidad de ser empleados en las propias obras. Los estudios especiales que exige la normativa para poder emplear materiales marginales están orientados, entre otros aspectos, a determinar las características de los mismos así como su forma de empleo más adecuada para obtener un producto final que cumpla las exigencias normalizadas. Los tratamientos que requieren los materiales marginales para su aprovechamiento como materiales puede ser muy variada, pudiendo ir desde un tratamiento químico hasta un procedimiento mecánico. Existe una gran variedad de materiales clasificados como marginales. Dentro de estos materiales cabe distinguir tres grupos: 1º) materiales naturales no convencionales; 2º) materiales fabricados expresamente para su utilización como relleno; 3º) residuos y subproductos industriales. El primer grupo engloba a aquellos suelos y rocas que no cumplen las especificaciones para ser considerados suelos seleccionados, adecuados o tolerables. Dentro del segundo grupo se suelen incluir los materiales ligeros, como por ejemplo, el poliestireno expandido. El tercer grupo abarca a una amplia variedad de los residuos, que podrían clasificarse en los siguientes grupos: los obtenidos durante los ciclos de extracción de materias primas; los residuos o subproductos industriales obtenidos durante la producción de otros materiales, y los residuos obtenidos al final de un ciclo de consumo. En general, la utilización de materiales naturales marginales no convencionales ha estado tradicionalmente motivada por el hecho de que en muchas zonas, debido a las condiciones geológicas y climáticas peculiares, son los materiales más abundantes, y es difícil encontrar otros materiales de mayor calidad. Este sería el caso de los suelos yesíferos, los suelos expansivos, etc. En relación a los residuos, estos son, en principio, materiales de desecho, pero, con motivo de la primera de Ley de Residuos de 1998 y las políticas medioambientales se ha impulsado su reutilización y aprovechamiento; el ámbito de la construcción, y en particular de las obras de tierra ha sido uno de los posibles destinos para estos materiales. Se puede decir incluso que, en algunos casos, las propiedades de estos materiales superan en algún aspecto las de muchos suelos convencionales, y su empleo es preferible. Por ejemplo, es lo que sucede con algunos materiales de baja densidad, cuando lo que interesa es construir un terraplén de poco peso. Dado la gran diversidad de residuos que existen se ha hecho una selección de aquellos que presentan posibilidades de ser aprovechados en rellenos en terraplén. En la Tabla se muestra un cuadro resumen. 4

8 A) 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 B) RESIDUOS DE EXPLOTACIÓN MINERA Y DE CANTERAS -ESCOMBROS DE CANTERAS: pizarras, granitos, mármoles -ESTERILES DEL CARBON -ESTERILES DE OTROS MINERALES: Cobre, mercurio, etc. C) SUBPRODUTOS 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 D) RESIDUOS URBANOS E INDUSTRIALES -ESCORIAS DE INCINERACIÓN DE RSU -RESIDUOS DE CONSTRUCCIÓN Y DEMOLICIÓN -NEUMÁTICOS FUERA DE USO -RESIDUOS DEL PROCESAMIENTO DE LA MADERA -RESIDUOS DE LA FUNDICIÓN DE PIEZAS METÁLICAS E) MATERIALES FABRICADOS -MATERIALES POLIMÉRICOS -HORMIGONES LIGEROS -ARCILLA EXPANDIDA Tabla Ejemplos de materiales no convencionales y residuos de posible utilización en terraplenes de carreteras 5

9 2.- MATERIALES MARGINALES NATURALES, RESIDUOS Y OTROS TIPOS APROVECHABLES EN TERRAPLENES VIARIOS NORMATIVA ESPAÑOLA: CONCEPTO DE MATERIAL MARGINAL PARA SU USO EN TERRAPLENES VIARIOS La normativa española: Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (en adelante PG-3) recoge, en su artículo 330 referente a terraplenes, las especificaciones relativas a la ejecución de los terraplenes y las características que deben cumplir los materiales a emplear. Esta normativa fue modificada en el año 2000 con el objeto, entre otros, de procurar el mejor aprovechamiento de un mayor tipo y volumen de materiales. Esto ha permitido durante estos últimos años el empleo de materiales que anteriormente eran rechazados, así como de otro tipo de materiales no convencionales entre los que se encuentran claramente los residuos y los materiales artificiales. Para ello, hubo que modificar la clasificación de los materiales susceptibles de ser utilizados en la construcción de terraplenes e introducir un nuevo grupo denominado suelos marginales. Así, la norma considera suelos marginales a aquellos suelos que, no pudiendo ser clasificados como seleccionados, adecuados o tolerables, cumplan las siguientes condiciones: - Contenido en materia orgánica inferior al 5% (MO<5%), - Hinchamiento, en ensayo de expansión, inferior al cinco por ciento (5%) - Si el límite líquido es superior a noventa, (LL>90), el índice de plasticidad será inferior al setenta y tres por ciento del valor que resulta de restar veinte al límite líquido (IP<0,73 (LL-20)). Esta condición de plasticidad, sitúa a los materiales marginales en la siguiente zona de la carta de Casagrande tal y como se muestra en la Error! No se encuentra el origen de la referencia.: Figura Nueva clasificación de los suelos para terraplenes según la OC.326/00. 6

10 En la Tabla se muestran las especificaciones técnicas exigidas a los distintos tipos de suelos establecidos en el PG-3, incluyendo los marginales. Parámetro Seleccionados Adecuados Tolerables Marginales Materia orgánica UNE Sales solubles NLT 114 < 0,2% < 0,1% < 0,2% < 5% Yeso < 5% < 0,2% < 0,2% Otras < 1% Hinchamiento libre UNE y UNE Asiento en ensayo de colapso NLT-254 y UNE < 3% < 5% < 1% - Tamaño máximo (mm) Granulometría Otras condiciones (*) # 2 < 80% # 0,4 < 15% # 0,4 < 75% # 2 < 80% - - Finos (#0,08mm) Plasticidad UNE y UNE < 25% < 35% - - Según gráfico superior Tabla Especificaciones técnicas según el PG-3(2002) para los tipos de suelos No obstante, hay que señalar que para la utilización de ese tipo de suelos es imprescindible la realización de un estudio especial de usos de materiales marginales, condicionado al cumplimiento de los correspondientes criterios técnicos y a las especificaciones generales de los materiales que vayan a ser utilizados, que deberá ser aprobado por el Director de las Obras. Este Estudio debe contemplar explícitamente y con detalle al menos los siguientes aspectos: - Determinación y valoración de las propiedades que confieren al suelo su carácter de marginal. - Influencia de dichas características en los diferentes usos del suelo dentro de la obra. - Posible influencia en el comportamiento o evolución de otras zonas u elementos de la obra. - Estudio pormenorizado en donde se indique las características resistentes del material y los asientos totales y diferenciales esperados, así como la evolución futura de estas características. - Conclusión justificada de los posibles usos del material en estudio. 7

11 - Cuidados, disposiciones constructivas y prescripciones técnicas a adoptar para los diferentes usos del suelo dentro de la obra. Por otra parte, en el caso en el que el Director de Obra apruebe el empleo de suelos marginales, éstos sólo podrán ser utilizados en el núcleo de los rellenos tipo terraplén, por ser la zona del relleno con menores exigencias técnicas. En definitiva, las modificaciones introducidas en el PG-3 en el año 2000 han abierto la puerta a la posibilidad de utilizar materiales considerados tradicionalmente como no aptos para su empleo en terraplenes, como son los suelos con sales solubles, los suelos expansivos, los suelos colapsables, los suelos con yesos y los suelos con materia orgánica, así como otros materiales no naturales tales como algunos tipos de residuos y materiales artificiales. En el caso de los residuos, la norma optó por no citar ningún residuo en particular, sino por señalar la posibilidad de su empleo: se podrán utilizar en terraplenes los productos procedentes de procesos industriales o de manipulación humana, siempre que cumplan las especificaciones de este artículo y que sus características físico-químicas garanticen la estabilidad presente y futura del conjunto. En todo caso se estará a lo dispuesto en la legislación vigente en materia medioambiental, de seguridad y salud, y de almacenamiento y transporte de productos de construcción. En el caso de los suelos marginales naturales, la norma optó por recoger algunas consideraciones sobre el uso de distintos tipos de suelos marginales, remitiéndose en todos los casos al Estudio especial Consideraciones especiales recogidas en la norma española sobre el empleo de suelos marginales naturales La norma española recoge algunas consideraciones específicas en relación al empleo de los distintos tipos de suelos marginales naturales que se indican a continuación: - Suelos expansivos Según el PG-3 se consideran expansivos aquellos suelos con hinchamiento libre de más del 3% en muestras remoldadas y compactadas de la forma que se hará en obra. Para llevar a cabo dicha caracterización se puede realizar el ensayo de hinchamiento libre en edómetro. Estos suelos no se podrán emplear en espaldones ni en coronación con el fin de evitar que su humedad varíe y por tanto garantizar que no cambie su volumen. Se podrán emplear en núcleos siguiendo las indicaciones del Estudio Especial, compactando del lado húmedo. - Suelos colapsables Se entiende por suelo colapsable aquel que reduce significativamente su volumen al aumentar la humedad. Al igual que en el caso de los suelos expansivos su empleo queda limitado a la ejecución de núcleos de terraplenes siempre que se sigan las indicaciones del Estudio especial. - Suelos con yesos En cuanto a los suelos con yesos se deberá determinar con exactitud el contenido de yesos para definir su empleo. Por debajo del 2% no será necesario tomar ningún tipo de precaución. Entre el 2% y el 5% se puede usar en el núcleo, con adopción de cuidados 8

12 especiales en coronación y espaldones. Entre el 5 y el 20% de yeso el terreno podrá usarse en el núcleo si se consigue una masa compacta e impermeable y se disponen medidas de drenaje e impermeabilización para impedir el acceso del agua al núcleo siempre con la aprobación específica del Director de las Obras. Con más del 20% el uso se limitará a aquellos casos en que no existan otros suelos disponibles y siempre que se justifique adecuadamente. - Suelos con sales solubles Un suelo con sales solubles se considerará marginal cuando tenga un contenido de sales superior al 1%. En ese caso se empleará únicamente en núcleos siguiendo siempre las indicaciones del Estudio especial. - Suelo con materia orgánica Los materiales marginales con algo de materia orgánica (M.O. < 5%), podrán usarse en el núcleo de terraplenes de hasta 5 metros de altura, siempre que se tengan en cuenta las deformaciones previsibles. Si el terraplén tiene una altura superior a 5m el contenido de materia orgánica se limita al 2%. En coronación el contenido de materia orgánica será inferior al uno por ciento (1%). En la Tabla 2-2 se muestra la zona o zonas del terraplén en las que se pueden emplear los distintos tipos de materiales naturales marginales según el PG-3. Suelo marginal Suelo colapsable NLT 114 y UNE Suelo expansivo UNE y UNE Suelo con yesos NLT 114 Suelo con otras sales solubles NLT 114 Materia orgánica UNE Principal característica Asiento>1% a 0,2 MPa Coronación Espaldones Núcleo Cimiento NO 9 NO H.L. > 3% NO NO Estudio especial H.L. > 5%: NO 0,2-2% NO NO SI 2-5% NO NO SI, con precauciones 5-20% NO NO SI, con precauciones >20% NO NO NO 0,2-1% NO NO SI >1% NO NO H 5 m y m.o. 5% H 5 m y m.o. > 2% NO, si m.o. > 1% NO, si m.o. > 1% NO NO Estudio especial SI Estudio especial Tabla Empleo de materiales marginales en las zonas del terraplén Estudio especial < 5%

13 Además, la norma indica expresamente algunas observaciones en relación a la puesta en obra de los distintos tipos de materiales marginales que se recogen a continuación. - Suelos expansivos Estos suelos deben compactarse ligeramente del lado húmedo, con relación a la humedad óptima del ensayo Proctor de Referencia. A falta de otro criterio, convenientemente justificado, del Proyecto se considera que, la humedad, inmediatamente después de la compactación, será tal que el grado de saturación en ese instante se encuentre comprendido entre los valores del grado de saturación correspondientes, en el ensayo Proctor de Referencia, a humedades de menos dos por ciento ( 2%) y de más uno por ciento (+1%) de la óptima de dicho ensayo Proctor de Referencia (apartado del PG- 3). - Suelos colapsables Los suelos colapsables no se usarán en coronación ni espaldones. Su uso en núcleo y en cimiento estará sujeto a un estudio especial que teniendo en cuenta la funcionalidad del terraplén, el grado de colapsabilidad del suelo, las condiciones climáticas y de niveles freáticos, defina las disposiciones y cuidados a adoptar para su uso. 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 estará de igual modo a lo indicado en el apartado del PG-3. - Suelos con yesos La utilización, siempre justificada y autorizada por el Director de las Obras, de materiales con yesos será función del contenido de dichas sustancias; según se indica a continuación: - Menor del cero con dos por ciento (0,2%): Utilización en cualquier zona del terraplén. - Entre el cero con dos y el dos por ciento (0,2-2%): Utilización en el núcleo del terraplén. No se necesitará tomar ninguna precaución especial en la ejecución de la coronación y los espaldones. - Entre el dos y el cinco por ciento (2% y 5%): Utilización en el núcleo del terraplén con adopción de cuidados y materiales de características especiales en coronación y en los espaldones, que vendrán explícitamente indicados en el Proyecto. - Entre el cinco y el veinte por ciento (5% y 20%): 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. - Habrá de justificarse la eficacia de las medidas adoptadas a este respecto mediante estudio especial, aprobado por el Director de las Obras. - Mayor del veinte por ciento (20%): Este tipo de suelos no debe utilizarse en ninguna zona del relleno. Su uso se limitará a aquellos casos en que no existan otros suelos disponibles y siempre que el mismo venga contemplado y convenientemente justificado en el Proyecto. 10

14 Con frecuencia, los suelos con yeso van acompañados de suelos inadecuados o marginales por criterios de plasticidad, arcillas muy plásticas o limos colapsables. Por ello para porcentajes de yeso superiores al dos por ciento (Yeso > 2%) se determinará el posible carácter expansivo o colapsable del suelo y se adoptarán, en su caso, las medidas oportunas según se indica en los apartados correspondientes. También se tendrá en cuenta la posible agresividad de estas sales al hormigón y la posible contaminación que puedan originar en los terrenos colindantes. - Suelos con otras sales solubles La utilización de materiales con sales solubles en agua distintas del yeso, según sea su contenido, será la siguiente: - Menor del cero con dos por ciento (0,2%): Utilización en cualquier zona del terraplén. - Entre el cero con 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. - Mayor del uno por ciento (1%): Se requiere un estudio especial, aprobado expresamente por el Director de las Obras. Consideraciones sobre el empleo de residuos - Suelo con materia orgánica Cuando se sospecha que un suelo pueda contener materia orgánica, ésta se determinará según UNE Esta norma incluye como materia orgánica todas las sustancias oxidables existentes en la muestra ensayada, por tanto, cuando las sustancias oxidables no orgánicas puedan influir de forma importante sobre los resultados obtenidos, el Director de las Obras podrá autorizar que el contenido de materia orgánica se obtenga descontando los materiales oxidables no orgánicos, determinados según método explícitamente aprobado por él. En rellenos tipo terraplén de hasta cinco metros (5 m) de altura, se podrá 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%) Consideraciones recogidas en la norma española sobre el empleo de residuos. A diferencia de otras normativas europeas de empleo de materiales en rellenos viarios, la normativa española no cita ningún residuo concreto como material apto para su empleo en rellenos terraplén ni indica tampoco los posibles usos o limitaciones de los posibles usos en terraplenes; se limita a señalar la posibilidad de su empleo siempre y cuando el residuo cumpla las especificaciones técnicas correspondientes del uso concreto y que sus características físico-químicas garanticen la estabilidad presente y futura del conjunto. 11

15 Además, debe cumplir con lo dispuesto en la legislación vigente en materia medioambiental, de seguridad y salud, y de almacenamiento y transporte de productos de construcción. Esto ha llevado a la necesidad de hacer estudios específicos para cada uno de los residuos con posibilidades de ser aprovechados como material de relleno, con el fin de conocer sus características físico-químicas y limitaciones concretas y, poder valorar su potencial capacidad de empleo según el principio de óptima utilización y mejor uso, es decir, aquel que permite aprovechar sus posibilidades en mayor medida. Estos estudios han permitido conocer estas posibilidades a priori, sin perjuicio de que, para su uso concreto en una obra sea siempre necesario hacer un Estudio especial según indica la norma. En este sentido, cabe mencionar el documento titulado Catálogo de residuos utilizables en construcción, elaborado por el CEDEX en el año 2002 a petición del Ministerio de Medio Ambiente español que recoge y sintetiza la experiencia española en el aprovechamiento de residuos en el ámbito de la construcción, en las áreas de edificación, carreteras y obras de tierra, entre las que se incluyen los rellenos en terraplén. El documento está estructurado a modo de fichas, una por residuo, recogiendo información sobre el origen del residuo, las producciones anuales estimadas, su tendencia y distribución geográfica de los centros de producción en España, las propiedades del residuo, el tratamiento necesario para su valoración, las propiedades del material procesado, las aplicaciones habituales y potenciales, un listado de obras realizadas en España y en otros países, algunas consideraciones medioambientales, normativa técnica de aplicación disponible, bien española, en el caso de que exista o de otros países y referencias a documentos técnicos de interés y entidades especializadas en las materias. El documento se actualiza cada cuatro años, debido a los avances continuos en el campo de reciclaje y está disponible para su consulta a través de la web del CEDEX. Cabe señalar que la utilización de los residuos recogidos en el Catálogo se encuentra en distintas fases de desarrollo para cada uno de los posibles usos. Para algunos de ellos existe normativa que regula su empleo en determinados usos, en otros casos, existen recomendaciones de empleo para algunos usos y, en otros casos, en los que no existe ni normativa ni recomendaciones, los residuos se han utilizado siguiendo los criterios de los materiales convencionales y apoyándose en normativas internacionales y siempre cumpliendo con la normativa medioambiental española. Finalmente, algunas aplicaciones de algunos residuos se encuentran aún en fase experimental. Entre los residuos que han sido objeto de un mayor número de estudios y de los que se dispone de un mayor número de experiencias prácticas en España como materiales aprovechables en terraplenes viarios cabe citar los siguientes: - Neumáticos fuera de uso: NFU - Estériles de carbón - Residuos de demolición y construcción: RCD - Escorias de acería LD Dadas las grandes diferencias entre unos residuos y otros se ha considerado conveniente incluir en el apartado 2.3 del presente documento un resumen de las características principales de cada uno de estos residuos, el tipo de procesamiento necesario para su empleo y los condicionantes específicos para su uso. 12

16 En definitiva, en la actualidad en España, para emplear un residuo como material sustitutivo de un material convencional en un terraplén es necesario que el residuo satisfaga las mismas especificaciones técnicas que los materiales convencionales, se conozcan claramente las condiciones específicas de su puesta en obra teniendo en cuenta las posibles limitaciones, se garantice la estabilidad presente y futura del terraplén y se cumpla con la legislación en materia medioambiental, de seguridad y salud. Todo ello debiendo quedar claramente recogido en un estudio especial que debe ser aprobado por el Director de las obras. Por el contrario, otros países como por ejemplo los Países Bajos, centran las exigencias requeridas a los residuos en el resultado final de la obra y no tanto en el origen del material que se utilice para su construcción, siempre y cuando queden garantizadas las propiedades del residuo que se emplee Consideraciones sobre otros tipos de materiales. Dentro del grupo de otros tipos de materiales cabe incluir los materiales denominados ligeros, que son aquellos que se caracterizan por tener un peso específico claramente inferior al del suelo natural. Estos materiales se emplean en los casos de terrenos de baja capacidad portante con el objeto de reducir la trasmisión de cargas al terreno y limitar los excesivos asentamientos que se producen en estos casos, reduciendo al tiempo las secciones tipo de terraplén con taludes muy tendidos, bermas y otras disposiciones adicionales. El empleo de estos tipos materiales da lugar a rellenos que se denominan habitualmente rellenos aligerados. No obstante, la norma española no recoge en su articulado especificaciones concretas para estos rellenos aligerados ni para los materiales que lo conformen, por lo que se entiende que deben cumplir las mismas condiciones que el resto de los terraplenes y materiales convencionales. Entre los materiales ligeros que se han empleado en España cabe citar: - Arlita - Poliestireno expandido En el apartado siguiente se describen las características específicas de estos materiales CARACTERISTICAS DE LOS RESIDUOS Y MATERIALES LIGEROS EMPLEADOS EN TERRAPLENES VIARIOS ESPAÑOLES Neumáticos fuera de uso: NFU Origen Los neumáticos fuera de uso (NFU) provienen fundamentalmente de la industria automovilística, unos dos tercios proceden de profesionales de la carretera y el tercio restante de garajes, estaciones de servicio y distribuidores del producto. 13

17 Hasta que en el año 2005 entró en vigor el Real Decreto 1619 que se establece la responsabilidad de la gestión del neumático cuando se encuentra fuera de uso (NFU), una gran parte de los neumáticos eran recogidos por los servicios municipales o comarcales, o transportados directamente por los talleres a los vertederos públicos, locales o comarcales; a veces los talleres los depositaban en vertederos privados de inertes, en algunos casos incontrolados o ilegales. La publicación del citado R.D. 1619/2005 ha marcado un antes y un después en el tratamiento del residuo en España. Para dar cumplimiento al Decreto, los principales fabricantes de neumáticos crearon en 2005 un sistema integrado de gestión (SIGNUS Ecovalor) con el que asegurar la gestión y adecuado tratamiento de los NFU generados en España, así como la promoción de la reutilización y valorización de los mismos. Para tal efecto, SIGNUS actualmente tiene adscritos más de puntos de recogida de NFU. Figura NFU enteros En septiembre de 2006, los principales recauchutadores, recicladores, gestores y productores de neumáticos de España crean un segundo sistema integrado de gestión denominado TNU (Tratamiento Neumáticos Usados, S.L.), nacido al amparo de la Asociación Nacional de Importadores de Neumáticos bajo la que se agrupaba el 30% de los NFU generados en España. TNU es una sociedad sin carácter lucrativo también creada para asegurar la correcta gestión de los NFU generados, que actualmente cuenta con aproximadamente puntos de recogida de NFU adscritos. Ambos SIG (SIGNUS Ecovalor) y TNU conforman el 85% del mercado nacional de NFU y se encargan de gestionar sin ánimo de lucro y de forma correcta la recogida gratuita de NFU en la mayoría de los puntos de generación existentes en el territorio nacional así como de su clasificación posterior, con el objeto de asegurar el mayor porcentaje posible de recuperación para su máxima reutilización, y de su transporte a los centros de almacenamiento y preparación, donde se preparan en función de su destino final. Desde estas plantas se realiza el transporte a las empresas dedicadas a su valorización, quienes finalmente certifican su valorización material, es decir, la utilización de dichos neumáticos como materia prima para la fabricación de otros productos, o su valorización energética como fuente energética alternativa. 14

18 Figura NFU granulado para la fabricación de pavimentos bituminosos y Figura NFU troceados Las materias primas que se emplean para fabricar un neumático son el caucho, el negro de carbono, metal (alambres de acero), textil, aditivos químicos, óxido de cinc y azufre. No obstante, la composición de los neumáticos puede variar de un continente a otro. El componente que se encuentra en mayor proporción en los NFU es el caucho, que se compone en este caso de una mezcla de caucho natural y cauchos sintéticos tales como los polímeros denominados SBR ( stirene butadiene ruber ) y BR ( butadiene ruber ). La relación entre estos tipos de caucho varía en función del uso que se le pretenda dar al neumático. El negro de carbono se incorpora en la fabricación de las distintas partes de los neumáticos en proporciones variables, consiguiéndose variaciones en la rigidez, y en la resistencia a tracción y abrasión. Los componentes metálicos del neumático proporcionan a su carcasa rigidez, resistencia y flexibilidad, y constituyen un cordaje ligero de acero de alta resistencia. Los materiales textiles habitualmente utilizados en las carcasas de los neumáticos son el nylon, rayón y el poliéster. Durante la mezcla de materias primas para la fabricación del neumático se añade al caucho y al negro de carbono una serie de aditivos como plastificantes, estabilizantes, agentes colorantes, acelerantes y retardantes. La misión de estos aditivos es modificar la dureza y resistencia del caucho e incrementar su resistencia a la abrasión, aceites, oxigeno, disolventes químicos y al calor. El azufre se aporta durante el proceso de vulcanización, combinándose a temperaturas entre 120º y 160º con el caucho, lo que le hace más resistente y elástico, contribuyendo a mejorar la durabilidad del neumático. Desde el punto de vista térmico, los neumáticos, tanto de turismo como de camión, tienen prácticamente el mismo poder calorífico que el carbón ( kcal/kg), siendo una tonelada de neumáticos equivalente a unas 0,7 toneladas de fuel oil Propiedades físicas Entre el 50% y el 60% de un neumático está compuesto de caucho natural o sintético. El natural presenta menor dificultad para su incorporación al betún que el sintético. La densidad de un neumático entero es de unos 0,15 t/m 3. 15

19 Propiedades químicas En general, los neumáticos contienen una mezcla de 63 compuestos químicos diferentes que se agrupan fundamentalmente en hidrocarburos, minerales y metales. Dentro de los hidrocarburos se pueden encontrar los polímeros más utilizados en su fabricación, tales como el estireno-butadieno, poliisopreno y polibutadieno, así como pahs, fenoles y ácido esteárico, entre otros. Los minerales contenidos en los NFU son principalmente el óxido de cinc, el azufre y el negro de carbono (20-30% en combustión incompleta de hidrocarburos) y otros compuestos metálicos como antioxidante y antiozono que debido a sus propiedades antioxidantes y antiozono, el negro de carbono reduce el envejecimiento del polvo de neumáticos en ligantes bituminosos. La composición elemental de los neumáticos está formada principalmente por C (80-90%), H (7,2-7,6%), O (2,3-3,1%) y S (1,4-2,4%). A excepción del cinc, la presencia de metales pesados es inferior al 0,1% en peso. Entre las características químicas propias de los NFU está la resistencia a la acción de los mohos, calor, humedad, luz solar y rayos ultravioletas, algunos aceites y a muchos disolventes. Asimismo, no son biodegradables ni tóxicos y retardan el desarrollo bacteriológico Propiedades mecánicas Debido a su forma tórica y elasticidad, los NFU son difícilmente compactables Procesamiento o transformación La valorización de los neumáticos abarca tres grandes tipos de tratamientos: el recauchutado, el reciclaje y la valorización energética. En el reciclado de los neumáticos, éstos pueden utilizarse sin ser procesados o bien reduciéndolos de tamaño. Para la reducción de tamaño de los NFU existen distintos procesamientos que pueden ser desde totalmente mecánicos a otros que combinan tratamientos mecánicos con químicos o térmicos. Hasta la fecha sólo se ha demostrado una cierta viabilidad económica en el troceado mecánico. Entre los procesos mecánicos, muchos comienzan triturando los neumáticos enteros o cortándolos hasta tamaños comprendidos entre 25 y 300 mm. En algunos sistemas se eliminan los cables metálicos de los talones que los ajustan a las llantas antes del troceado; en otros, los elementos metálicos son separados magnéticamente tras el mismo. Los materiales textiles del neumático se retiran mediante equipos de aspiración. Todos estos procesos se realizan a temperatura ambiente. El sistema más completo de reducción mecánica de tamaño es el granulado. En una primera fase se trocean los neumáticos hasta tamaños entre 50 y 300 mm. En una segunda fase, además de reducir el material a tamaños entre 5 y 25 mm, se separan magnéticamente los elementos metálicos. Posteriormente, el material puede ser sometido a otros procesos de granulado o molido hasta reducirlo al tamaño deseado, clasificándolo finalmente por tamaños (0-0,5 mm; 0,5-2 mm; 2-7 mm; 7-15 mm) en función de la aplicación a la que se destina. Durante la fase final se retira el material textil de nuevo mediante equipos de aspiración. 16

20 Entre los procesos de reducción de tamaño que combinan los tratamientos mecánicos con los químicos o térmicos, destacan los criogénicos, En éstos, tras una reducción mecánica de tamaño, el material troceado se lleva a una cámara de enfriamiento, donde se utiliza nitrógeno líquido para enfriarlo entre -80º y -120º, por debajo de la temperatura de transición vítrea. El material quebradizo procedente de la cámara es triturado mediante molinos de martillos y se separan los elementos metálicos y las fibras textiles. El NFU triturado obtenido así es muy limpio, y puede alcanzar los 0,15 mm. Los costes de procesado con esta tecnología son lo suficientemente elevados como para que no se emplee demasiado Propiedades del material procesado Propiedades físicas El material procedente del troceado de neumáticos, también denominado como NFUt, es plano, de forma irregular y puede, o no, contener trozos metálicos procedentes de las bandas de acero de la carcasa. El tamaño de este material puede variar entre 25 y 300 mm. El tamaño medio depende de la criba que se ponga. La densidad de una pieza individual de NFUt está comprendida entre 1,15 y 1,45 t/m 3, mientras que la densidad del material NFUt no compactado varía en función del tamaño y forma de los trozos, habiéndose obtenido valores entre 0,40 y 0,60 t/m 3. La densidad media para rellenos con este material compactado bajo una tensión normal de 100 kpa está comprendida entre 0,72 y 0,92 t/m 3, obteniéndose valores bajos cuando se compacta con buldózer y los más elevados cuando se hace con rodillo liso vibratorio. Para el material más grueso procedente del granulado, con tamaños entre 13 y 76 mm, se han obtenido densidades sin compactar entre 0,32 y 0,49 t/m 3, y entre 0,57 y 0,73 t/m 3 para el material compactado. La totalidad de las partículas del polvo de neumático empleadas en las mezclas asfálticas en caliente tienen habitualmente un tamaño inferior a 2 mm. La mayor parte de las partículas del material utilizado en el proceso húmedo tiene tamaños comprendidos entre 0,01 y 0,83 mm. El peso específico del polvo de caucho es aproximadamente de 1,15 t/m 3 y el producto debe estar libre de material textil, metálico y de contaminantes. El material troceado (NFUt) presenta una permeabilidad elevada, asimilable a la correspondiente a las arenas finas, con coeficientes de permeabilidad en el entorno de 5 x 10-2 cm/s. Este valor tiene un carácter indicativo ya que en este caso el parámetro es muy difícil de ensayar, puesto que para ello se necesitan células de ensayo bastante más grandes que las habitualmente disponibles en los laboratorios de Mecánica del Suelo, y se tienen que emplear gradientes hidráulicos lo suficientemente bajos (i < 0,15) como para evitar que el agua pase de forma irregular y en régimen turbulento a lo largo de la columna de material troceado Propiedades químicas Las principales componentes del material procesado son: caucho (natural y sintético), negro de carbono, azufre, óxido de zinc y aditivos. Los fragmentos de neumático no son reactivos en condiciones ambientales normales (25ºC, 1 atm). 17

21 El polvo de neumático de menor tamaño requiere menos tiempo de reacción o digestión y también menos temperatura de mezcla. Las partículas más gruesas son más baratas de obtener pero requieren mayor tiempo y temperatura de digestión. De los resultados obtenidos en ensayos químicos de lixiviación se deduce que el empleo de NFUt como material de relleno viario es perfectamente viable desde el punto de vista medioambiental, ya que el agua que pudiera percolar a través del relleno presenta unas concentraciones de contaminantes generalmente muy inferiores a las estipuladas en el R.D. 140/2003, referente a la calidad del agua para consumo humano Propiedades mecánicas Su compactación es difícil de determinar en laboratorio debido a las grandes dimensiones del molde necesario para ello y al efecto rebote de la maza compactadora cuando golpea en las piezas de NFUt. Para su determinación en obra se suele cubicar la masa de NFUt compactada en una determinada tongada de material. Para determinar su resistencia al corte se han de emplear cajas de corte de grandes dimensiones capaces de albergar una cantidad significativa de piezas individuales de NFUt. La interpretación de ensayos de corte directo realizados en caja de 1x1 m bajo tensiones normales comprendidas entre 20 y 100 kpa con material NFUt y con mezcla NFUt-suelo al 50% en volumen indican un ángulo de rozamiento entre 27 y 28,5º y una cohesión de 10 kpa, en el caso del material NFUt, y de unas 35 kpa para la mezcla. El ajuste parabólico permite obtener el coeficiente de regresión más elevado, siendo el exponente de la ley parabólica (=a b) de aproximadamente 0,70 para los neumáticos troceados. Las deformaciones verticales obtenidas en ensayo edométrico en caja grande de 1 m3 bajo tensiones normales de entre 10 y 440 kpa con material de NFUt son algo superiores al 50% para la máxima carga noval, valores muy superiores a los obtenidos en ensayos de suelos. Los módulos secantes obtenidos están comprendidos entre 150 y 600 kpa en carga y entre 250 y 1800 kpa en descarga, valores que se pueden calificar de bajísimos, tal y como era de esperar de un material tan deformable. El tamaño de las piezas parece no afectar a los parámetros de cohesión, ángulos de rozamiento y módulos de deformabilidad del material de neumático troceado, siempre que éste esté comprendido entre 25 y 100 mm Otras propiedades Los neumáticos tienen un poder calorífico elevado de 34 a 39 MJ/kg. De hecho, una tonelada de neumáticos equivale aproximadamente a 0,7 t de fuel-oil. El análisis inmediato por combustión de NFU revela unos contenidos medios en materia volátil, carbono fijo y cenizas respectivamente de 64,0%, 29,5% y 6,5% Aplicaciones en obras de tierra y terraplenes Principalmente se han utilizado neumáticos troceados y granulados como material de relleno ligero en el interior de terraplenes construidos en EEUU, también en la UE incluyendo España y otros países. Esta aplicación presenta como principales ventajas la utilización de grandes cantidades de residuo, un peso reducido, la mejora de la permeabilidad y la resistencia a la penetración de la helada, además de elevada durabilidad. Aunque el 18