ES2167289T3 - Estructura estabilizada, en particular de tipo balasto y procedimiento de estabilizacion de dicha estructura. - Google Patents

Abstract

Estructura estabilizada que comprende unos elementos minerales (2) separados individuales y un complejo de estabilización (3) que comprende un ligante (4) y unas fibras (5, 51, 52), estando las fibras integradas al ligante de manera que formen una red de recubrimiento que recubre parcialmente los elementos minerales (2) de las capas superiores, asegurando dicha red de recubrimiento una unión entre los elementos minerales y su inmovilización unos con respecto a los otros sin alteración de la capacidad de drenaje y de evacuación rápida de las aguas y de percolación de la estructura, consistiendo el ligante (4) en una emulsión de betún puro, una emulsión de betún modificado o un ligante anhidro, y teniendo las fibras una longitud por lo menos igual a la distancia que separara dos elementos minerales sucesivos.

Description

Estructura estabilizada, en particular de tipo balasto y procedimiento de estabilización de dicha estructura.

La presente invención se refiere a una estructura estabilizada que comprende unos elementos minerales separados individuales y a un procedimiento de estabilización de dicha estructura con la ayuda de un complejo de estabilización.

Unas estructuras que comprenden unos elementos minerales son conocidas en diferentes campos tales como, por ejemplo, la construcción de vías férreas y la construcción de carreteras. En dichos campos, se encuentran unos elementos minerales o pétreos, por ejemplo unos guijarros salidos de piedras trituradas de rocas magmáticas y de ciertas rocas metamórficas. Estos elementos pétreos pueden en particular estar dispuestos de manera que formen un lecho de guijarros destinado a constituir el balasto de una vía férrea o una capa de base en la construcción de carreteras.

En la presente descripción, las expresiones "minerales" y "pétreos" califican los elementos de las estructuras y las expresiones "guijarros" y "elementos" serán utilizadas indiferentemente.

En este tipo de estructuras de elementos pétreos, se plantea a menudo el problema de la estabilidad. Así, este problema aparece de una manera explosiva con el éxito de los trenes de gran velocidad, que generan a su paso un efecto de aspiración que provoca una elevación de los guijarros que forman el balasto de la vía férrea.

Puede tratarse de guijarros de pequeño calibre, susceptibles de aterrizar sobre la mesa de rodadura de los raíles, y así ser aplastados por las ruedas provocando cavidades.

Pero puede también tratarse de guijarros de mayor calibre cuya proyección es susceptible de dañar unas partes mecánicas de las partes inferiores del tren, incluso afectar a su seguridad.

Una solución para impedir la elevación de guijarros que forman el balasto de una vía férrea ha sido propuesta en el documento WO-A-9108056. Según este documento, se utiliza una resina multicomponentes que se extiende sobre el balasto a fin de obtener un recubrimiento parcial de los guijarros que forman el balasto. Las características del ligante se eligen de manera que recubra los guijarros del balasto parcialmente y en una pequeña profundidad del balasto, a fin de que los guijarros superiores estén fijados unos a los otros sin perjudicar en cambio la drenabilidad del balasto.

En el campo de la construcción de carreteras, la falta de estabilidad de las estructuras de elementos pétreos es en general menos espectacular. Sin embargo, las condiciones de aplicación de las capas de superficie con recubrimientos bituminosos necesitan a menudo estabilizar el lecho de guijarros, en particular en el caso de calzadas de estructura depósito.

El objetivo de la invención es encontrar una solución que permita evitar los inconvenientes de las estructuras que comprenden unos elementos pétreos de diferentes tamaños, de manera simple, poco costosa y rápida y, al mismo tiempo, conservar las propiedades esenciales de la estructura de balasto, tales como, por ejemplo, su capacidad de repartir las cargas, su aptitud para el drenaje y para la evacuación rápida de las aguas.

Según la invención definida en la reivindicación 1, la estructura comprende un complejo de estabilización constituido por un complejo aplicado que comprende un ligante y unas fibras, y que permite asegurar el mantenimiento en posición de los elementos de la estructura. Los elementos minerales de superficie están parcialmente recubiertos por el complejo aplicado, lo que asegura una unión entre ellos y su inmovilización unos con respecto a los otros, sin alterar su capacidad de drenaje y de percolación. Se forma así una especie de red de recubrimiento de los elementos pétreos de la estructura. Esta red de recubrimiento permite crear unas uniones entre diferentes elementos de la estructura, sin constituir en cambio una napa, o plancha, continua y así también mantener invariable la capacidad de la estructura para repartir las cargas, sin alterar su capacidad de drenaje y de evacuación rápida de las aguas, y de percolación.

La descripción que sigue se da a título de ejemplo no limitativo, con referencia a los planos anexos en los cuales:

- la Figura 1 es una vista en planta de una porción de superficie superior de un balasto de vía férrea que muestra unos medios de estabilización según la invención;

- la Figura 2 es una vista en sección de una capa superior del balasto según la línea II-II de la Figura 1;

- la Figura 3 es una vista en sección de una estructura estabilizada por una variante de medios de estabilización;

- la Figura 4 es una vista en sección de una estructura estabilizada por otra variante de medios de estabilización; y

- la Figura 5 es una vista en sección de una calzada con estructura depósito que incorpora unos medios de estabilización según la invención.

La protección de la patente no se extiende a los modos de realización de la estructura según las Figuras 3 y 4.

Se hará referencia en principio a las Figuras 1 a 4.

De manera conocida y no representada, las vías para ferrocarril están formadas por raíles fijados sobre traviesas, a su vez inmovilizadas sobre un balasto 1 compuesto por elementos pétreos, tales como unos guijarros 2, salidos de la trituración de rocas magmáticas o metamórficas, y dispuestos entre los raíles y a uno y otro lado de estos.

La extensión a granel de los guijarros 2 en el momento de su colocación y sus formas cualesquiera tienen por efecto natural crear entre ellos unos intersticios a, b, c, d... Estos intersticios tienen una función de drenaje.

Según un primer modo de realización de la invención (representado en las Figuras 1 y 2), el balasto 1 comprende un complejo de estabilización 3 constituido por un revestimiento aplicado que forma una especie de red de recubrimiento de dichos guijarros 2 de las capas superiores, sin alterar su capacidad de drenaje y de percolación. Esta red de recubrimiento asegura una unión entre los guijarros y, consecuentemente, su inmovilización unos con respecto a los otros.

El complejo de estabilización 3 del balasto 1 está constituido por un ligante 4 al cual están integradas unas fibras 5. El ligante 4 puede ser una emulsión de betún puro o modificado o un ligante anhidro.

Según otra característica de la invención, las fibras 5 integradas en el ligante 4 para constituir el complejo de estabilización 3 destinado a ser aplicado al balasto 1, son filiformes y de longitud \ell por lo menos igual a la distancia que separa dos guijarros sucesivos 2, para constituir una unión entre ellos. El conjunto de estas uniones, obtenidas a partir de medios de estabilización que comprenden unas fibras 51 denominadas a continuación "fibras largas" y del ligante 4, está dispuesto de manera aleatoria y según una dosificación que permite realizar un enmallado de forma cualquiera apto para solidarizar los guijarros de superficie 2 entre sí, permitiendo al mismo tiempo el drenaje de las aguas de lluvia a través de la capa superior de los guijarros 2, y después de sus capas inferiores.

Según un modo de realización de la estructura (representado en la Figura 3), el balasto 1 comprende un complejo de estabilización 31 que está constituido por un ligante 4 al cual están integradas unas fibras 52 denominadas a continuación "fibras cortas". La longitud m de las fibras cortas 52 y la dosificación de estas fibras cuando tiene lugar su aplicación se eligen de manera que se obtenga un taponado aleatorio de una parte de los intersticios entre los guijarros. En los intersticios así taponados, el ligante es retenido cuando tiene lugar su aplicación y forma un enmallado de forma cualquiera de manera similar al primer modo de realización.

Mientras que las fibras largas 51 pueden tener una longitud \ell que va de 10 mm a 200 mm, las fibras cortas 52 tienen una longitud m inferior a 1 mm y son en particular unas fibras micronizadas. Las longitudes preferidas de las fibras largas 51 son 25, 50, 90 y 130 mm, estando la longitud particularmente ventajosa situada entre 25 y 60 mm.

Gracias a la invención, el ciclo de vida del balasto sin mantenimiento puede ir hasta tres, incluso cinco años, mientras que con los balastos tradicionales, este ciclo de vida no sobrepasa de un año en las condiciones de utilización más severas, por ejemplo las de las líneas de gran velocidad.

Además, el revestimiento de estabilización tiene la facultad de ser fácilmente destruido cuando tienen lugar operaciones de relleno manual o mecánico del balasto, lo que conserva al balasto su carácter de material reciclable.

El revestimiento de estabilización permite también conservar un comportamiento de capa con balasto capaz de soportar las vibraciones al paso de las circulaciones de los trenes. Permanece suficientemente flexible para seguir las deformaciones del soporte y aceptar un aplastamiento de pequeña amplitud.

Además, conserva las características de aislamiento eléctrico de la vía.

También, no es tóxico y responde a las exigencias de higiene y de salud del personal.

Los diferentes ensayos realizados han demostrado que es posible utilizar una gran variedad de fibras textiles para uso técnico, tales como vidrio, polipropileno, poliamida, o unos compuestos reforzados, tales como unas fibras de vidrio asociadas a unas fibras naturales, tales como lino, cáñamo, etc... A título de ejemplo, se han obtenido muy buenos resultados con unas fibras de vidrio comercializadas por la sociedad Saint-Gobain bajo la marca ISOVER.

En lo que concierne al ligante, la utilización de una emulsión de betún conocida bajo la denominación SACERCID, referencia 65, ha demostrado muy buenas capacidades de asociación con las fibras citadas.

En términos de resistencia mecánica y de permeabilidad, el complejo de estabilización 3 del balasto 1 comprende, a título de ejemplo, una emulsión de betún puro o modificado cuya dosificación está comprendida entre 1500 y 1800 g/m^{2} o un ligante anhidro cuya dosificación está comprendida entre 800 y 1200 g/m^{2}, y a la cual emulsión o al cual ligante anhidro, son integradas una fibras largas 51 cuya dosificación está comprendida entre 50 y 600 g/m^{2}.

Se darán más adelante unos ejemplos de dosificación del ligante con fibras.

En el modo de realización de la estructura que utiliza un ligante sin fibras (la protección de la patente no se extiende a este modo de realización), se utiliza un ligante hidrocarbonado (a base de betún) modificado o no por unos aditivos apropiados (por ejemplo: polímeros de tipo SBS), de manera que el intervalo de plasticidad sea suficientemente grande para evitar la fragilidad a baja temperatura y la pérdida de consistencia a temperatura elevada (punto Bola Anillo > 50ºC).

Este tipo de ligante, obtenido por ejemplo por adición o no de 1,5 a 3% de polímero SBS a un betún de penetración dada tiene una viscosidad en función de la temperatura en el momento del extendido. Unos experimentos en verdadera dimensión han demostrado que una viscosidad obtenida extendiendo el ligante definido anteriormente a una temperatura comprendida entre 40ºC y 90ºC permitía el pegado del balasto por puntos en superficie y la penetración en un espesor de 1 a 3 guijarros de balasto.

La temperatura desciende en un tiempo comprendido entre 0 s y 600 s a un valor <25ºC, lo que permite un pegado por puntos del balasto, irreversible a temperatura ambiente, suficiente para impedir que los guijarros vuelen al paso de los trenes, pero suficientemente débil para que una acción mecánica potente, por vibración por ejemplo, permita restablecer la independencia mecánica de cada guijarro y por tanto trabajar de nuevo la geometría de la vía por relleno del balasto.

A temperatura ambiente (20ºC), el esfuerzo de tracción requerido para separar dos guijarros del balasto así pegados, está comprendido entre 50 g/cm^{2} y 2000 g/cm^{2} a 30 minutos, lo que es ampliamente suficiente para no obstaculizar las operaciones de relleno.

Se ha constatado también, gracias a los ensayos, que la emulsión de betún ofrecía unos resultados particularmente buenos cuando tenía una viscosidad comprendida entre 0,5º y 15º Engler.

La invención tiene también por objeto un procedimiento que utiliza un complejo de estabilización para obtener una estructura tal como la que acaba de ser descrita. Este procedimiento comprende una etapa que consiste en formar una especie de red de recubrimiento parcial de los elementos minerales de las capas superiores de la estructura a estabilizar.

Para formar esta red, se extiende una película de un ligante bituminoso y, en general, unas fibras. El ligante fluye parcialmente por los intersticios entre los elementos de la estructura, y resulta de ello una repartición aleatoria de los puntos de ligantes que aseguran las uniones entre los elementos con unas fibras largas.

Cuando se utiliza un complejo de estabilización que contiene unas fibras, el procedimiento puede ser realizado según diferentes variantes, por ejemplo como sigue:

-

la extensión de la película de ligante se efectúa antes del esparcido de las fibras,

-

la extensión de la película de ligante se efectúa después del esparcido de las fibras,

-

la extensión del ligante y el esparcido de las fibras se efectúan simultáneamente, de manera que el ligante sea mezclado con las fibras; la mezcla puede realizarse justo antes de la introducción del ligante y de las fibras en un aplicador de extendido.

Así, a título de ejemplo sobre la base de estas variantes, el procedimiento puede consistir o bien:

-

en extender una película de una emulsión de betún puro o modificado dosificado entre 1500 y 1800 g/m^{2} y en recubrirla a continuación con unas fibras dosificadas entre 50 y 600 g/m^{2}.

-

en extender un lecho de fibras dosificadas entre 50 y 600 g/m^{2} y en recubrirlo a continuación con una película de una emulsión de betún puro o modificado dosificado entre 1500 y 1800 g/m^{2}.

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en extender en principio una primera capa de fibras dosificadas entre 50 y 600 g/m^{2}, en recubrirla con una película de un ligante anhidro dosificado entre 800 y 1200 g/m^{2}, y en extender una segunda capa de fibras.

Según un primer ejemplo de utilización del procedimiento, unas fibras de gran longitud 51 son cortadas in situ por medio de un cortador de fibras de tipo "chopper" constituido por un cilindro giratorio provisto de cuchillas cortadoras periféricas, alimentado por una tolva de carga, estando dicho cortador asociado a un extendedor de betún 4 dispuesto corriente arriba o corriente abajo de dicho cortador, sobre un mismo tren rodante.

Según un segundo ejemplo de realización del procedimiento, unas fibras previamente cortadas son llevadas a la obra para ser utilizadas anteriormente o posteriormente a la extensión del betún 4, por proyección con una pistola accionada manualmente o mecánicamente.

La estructura estabilizada según la invención puede ser utilizada por el procedimiento descrito anteriormente en los límites indicados más arriba y eligiendo, por ejemplo, una realización con los parámetros siguientes:

-

esparcido de fibras de vidrio a razón de 50 g/m^{2} de 130 mm de longitud y de 13 \mum de diámetro (fibras ISOVER; ST GOBAIN) recubiertas por 1,5 kg/m^{2} de emulsión a base de betún 70/100 modificado por adición de estireno (SBS);

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esparcido de fibras de vidrio a razón de 143 g/m^{2} de 25 mm de longitud y de 13 \mum de diámetro (fibras ISOVER; ST GOBAIN) recubiertas por 1,5 kg/m^{2} de emulsión a base de betún 70/100 modificado por adición de estireno (SBS)

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esparcido de fibras de vidrio a razón de 573 g/m^{2} de 25 mm de longitud y de 13 \mum de diámetro (fibras ISOVER; ST GOBAIN) recubiertas por 1,5 kg/m^{2} de emulsión a base de betún 70/100 modificado por adición de estireno (SBS).

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esparcido de fibras de vidrio a razón de 150 g/m^{2} de 130 mm de longitud y de 13 \mum de diámetro (fibras ISOVER; ST GOBAIN) recubiertas por 1,8 kg/m^{2} de emulsión a base de betún 70/100 modificado por adición de estireno (SBS).

En lo que concierne a las condiciones de realización, el procedimiento puede ser realizado en la zona de temperaturas que van de + 5ºC a + 40ºC. El tratamiento puede ser efectuado sobre un balasto húmedo utilizando un ligante de emulsión de betún. La eficacia del procedimiento es obtenida cualesquiera que sean las condiciones climáticas después de la aplicación en un plazo máximo de 24 horas.

La invención ha sido presentada como referente a una estructura estabilizada que comprende unos elementos minerales, separados individuales, que comprende un complejo de estabilización constituido por un complejo aplicado que recubre parcialmente los elementos minerales de superficie de esta estructura y que comprende un ligante y unas fibras.

En una estructura según una variante que no corresponde a la presente invención, el complejo de estabilización está constituido por un ligante solo o, por lo menos, por un complejo de estabilización aplicado que no comprende fibras. Este principio está representado de forma esquemática en la Figura 4. En esta Figura, se ve que los elementos de las capas superiores de la estructura a estabilizar están "pegadas" una a la otra por unos puntos de ligante.

Esta alternativa de realización desemboca en unos resultados próximos a los del segundo modo de realización de la estructura descrita más arriba en el cual las fibras utilizadas son cortas y sirven esencialmente para parar el flujo del ligante cuando tiene lugar su extensión, antes de que éste se solidifique y forme las uniones entre los elementos de la estructura. El hecho de renunciar a las fibras implica una elección particular de la viscosidad del ligante.

Por otra parte, como se ha indicado anteriormente, la descripción ilustrativa detallada se refiere a la estabilización de una estructura de tipo balasto de vía férrea. Debe entenderse, sin embargo, que la invención no está limitada a dicha aplicación y que puede ser utilizada para estabilizar cualquier estructura pétrea que comprenda unos elementos pétreos. El experto en la materia puede, por ensayos de rutina y utilizando las enseñanzas de la presente descripción, determinar en cada caso, según la naturaleza y las dimensiones de la estructura a estabilizar, las características correspondientes del ligante y de las fibras.

Así, en una aplicación en carreteras, se busca estabilizar los elementos de la estructura y no hay necesidad de prevenir el problema de aspiración de pequeños elementos inherente a la aplicación ferroviaria. En la aplicación en carreteras, la realización de una estructura estabilizada sirve para permitir la circulación de los camiones de cantera que realizan la capa de superficie de una carretera. La utilización de una estructura estabilizada según la invención es particularmente ventajosa, en el campo de las aplicaciones en carreteras, en el caso de las calzadas de estructura depósito. Dicha aplicación está representada en la Figura 5.

Una calzada con estructura depósito comprende, además del suelo de soporte 11 sobre el cual está realizada, una capa de forma 12, una capa de fundación 13, una capa de base 14 y una capa de superficie 15. El suelo de soporte 11, la capa de forma, la capa de fundación y la capa de base están separadas una de la otra por unas intercaras 16, 17 y 18 realizadas por un geotextil o una geomembrana.

El complejo de estabilización 3 es aplicado sobre las capas superiores de elementos minerales de la capa de base 14. La Figura 5 representa este complejo según el modo de realización representado en y descrito con referencia a la Figura 3.

Según otra variante aún, la estructura estabilizada puede ser utilizada en el campo de la aplicación en carretera utilizando unas microfibras de espolvoreado. Estas microfibras son únicamente de materia orgánica y aplicadas, o bien con unas pistolas, o bien con una batería. Su principal efecto consiste en evitar que se pegue cualquier objeto o vehículo que entra en contacto con el complejo de estabilización recientemente depositado.

Los signos de referencia insertados en las características técnicas mencionadas en las reivindicaciones, tienen como único objetivo facilitar la comprensión de estas últimas, y no limitan en modo alguno el alcance de las mismas.

Claims (10)

1. Estructura estabilizada que comprende unos elementos minerales (2) separados individuales y un complejo de estabilización (3) que comprende un ligante (4) y unas fibras (5, 51, 52), estando las fibras integradas al ligante de manera que formen una red de recubrimiento que recubre parcialmente los elementos minerales (2) de las capas superiores, asegurando dicha red de recubrimiento una unión entre los elementos minerales y su inmovilización unos con respecto a los otros sin alteración de la capacidad de drenaje y de evacuación rápida de las aguas y de percolación de la estructura, consistiendo el ligante (4) en una emulsión de betún puro, una emulsión de betún modificado o un ligante anhidro, y teniendo las fibras una longitud por lo menos igual a la distancia que separara dos elementos minerales sucesivos.

2. Estructura según la reivindicación 1, caracterizada porque el complejo de estabilización (3) está constituido por una emulsión de betún puro o modificado (4) cuya dosificación está comprendida entre 1500 y 1800 g/m^{2}, estando la dosificación de las fibras (5) comprendida entre 50 y 600 g/m^{2}.

3. Estructura según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el complejo de estabilización (3) está constituido por un ligante anhidro (4) cuya dosificación está comprendida entre 80 y 1200 g/m^{2}, estando la dosificación de las fibras (5) comprendida entre 50 y 600 g/m^{2}.

4. Estructura según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque las fibras (51) tienen una longitud (I) comprendida entre 10 y 200 mm.

5. Procedimiento para obtener una estructura según una de las reivindicaciones 1 a 4 utilizando un complejo de estabilización que contiene unas fibras, comprendiendo el procedimiento una etapa que consiste en formar una red de recubrimiento parcial de los elementos minerales de las capas superiores de dicha estructura.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque comprende una etapa que consiste en extender una película de ligante (4) antes del esparcido de las fibras.

7. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque comprende una etapa que consiste en extender una película de ligante (4) después del esparcido de las fibras.

8. Procedimiento según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque el ligante (4) está dosificado entre 800 y 1200 g/m^{2} para una emulsión de betún y entre 500 y 800 g/m^{2} para un ligante anhidro, y porque las fibras (5) están dosificadas entre 50 y 600 g/m^{2}.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque las fibras (5) son cortadas in situ por medio de un cortador de fibras de tipo "chopper", alimentado por una tolva de carga, estando dicho cortador asociado a un esparcidor de ligante (4) dispuesto corriente arriba o corriente abajo de dicho cortador, sobre un mismo tren rodante.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque las fibras (5) son cortadas fuera de lugar y llevadas a la obra para ser esparcidas por proyección por medio de una pistola accionada manualmente o mecánicamente.