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Valorización sostenible de residuos sólidos en la infraestructura ferroviaria

La transición hacia sistemas de transporte de bajas emisiones ha puesto de manifiesto una contradicción crítica: si bien el transporte ferroviario opera de forma intrínsecamente de bajas emisiones, su infraestructura requiere un elevado consumo de recursos y depende de ciclos periódicos de renovación basados en gran medida en el uso de materias primas. Este artículo sintetiza los resultados de una revisión sistemática de 131 estudios (2000-2025) sobre la integración de materiales de residuos sólidos urbanos (RSU) en capas de balasto, subbalasto, traviesas y elementos resilientes (Reis dos Santos et al., 2026).

Las principales conclusiones indican que los subproductos industriales (escorias de acero), los áridos reciclados (RCA), los residuos poliméricos (caucho de neumáticos) y los residuos mineros pueden alcanzar un rendimiento mecánico y una durabilidad comparables a los de los materiales convencionales. Sin embargo, persiste una brecha entre la viabilidad técnica en laboratorio y la adopción operativa a gran escala. La investigación se ha acelerado drásticamente desde 2020, impulsada por políticas de economía circular, aunque su implementación sigue limitada por el conservadurismo regulatorio, la falta de datos de campo a largo plazo y la ausencia de estándares basados en el rendimiento en lugar del origen del material.

Contexto y motivación del sector.

El sistema ferroviario convencional de vía balastrada requiere grandes volúmenes de agregados de alta calidad que deben cumplir con estrictos requisitos de gradación, durabilidad y resistencia a la abrasión. La degradación progresiva del balasto, causada por tensiones cíclicas e impactos, genera finos (colmatación) que reducen el drenaje y comprometen la estabilidad geométrica de la vía.

La infraestructura ferroviaria se presenta como un receptor estratégico para la valorización de residuos por tres razones fundamentales:

  • Capacidad de absorción: Las capas de balasto y subbalasto pueden albergar millones de toneladas de material.
  • Ciclo de vida: las largas vidas útiles permiten amortizar la inversión en materiales innovadores.
  • Distribución geográfica: la demanda distribuida permite alinear los proyectos con las corrientes de residuos locales, lo que reduce el impacto del transporte.

Diferencias críticas: ferrocarriles vs. pavimentos.

A diferencia de lo que ocurre en la ingeniería de pavimentos, donde la valorización de residuos está madura, el sector ferroviario se enfrenta a desafíos únicos:

  • Tolerancias estrictas: pequeños asentamientos incrementales comprometen la seguridad y el confort.
  • Entorno de carga: dominado por cargas cíclicas de alta frecuencia y por cargas de impacto.
  • Conservadurismo institucional: los gestores de infraestructura priorizan la mitigación de riesgos y la responsabilidad civil y mantienen normativas prescriptivas basadas en materiales naturales.

Panorama de la investigación global

El análisis bibliométrico revela una evolución marcada por tres fases:

  • Fase inicial (2000-2009): estudios esporádicos con consideraciones de sostenibilidad implícitas.
  • Fase de consolidación (2010-2019): surgimiento de herramientas numéricas y experimentales avanzadas para abordar los mecanismos de degradación.
  • Fase de aceleración (2020-2025): representa el 60 % de la literatura total, con un enfoque en la economía circular y la descarbonización.

Países líderes en contribución científica:

  • Australia: es el país que más destaca por el comportamiento del balasto bajo cargas pesadas y con áridos reciclados.
  • China: enfoque en aplicaciones de alta velocidad y en la mitigación de vibraciones.
  • Reino Unido e Italia: énfasis en la evaluación del ciclo de vida (LCA) y en los marcos de políticas.
  • Brasil: investigación creciente impulsada por la disponibilidad de residuos mineros.

Aplicaciones de residuos sólidos por componente.

La investigación ha identificado soluciones específicas para cada nivel de la estructura ferroviaria.

Categoría de residuo Aplicación típica Beneficio principal Limitaciones identificadas
Escorias de acero/horno Balasto y subbalasto Alta angularidad, rigidez y resistencia a la abrasión. Posible inestabilidad volumétrica y sensibilidad a la lixiviación.
Áridos reciclados (RCA/CDW) Subbalasto y capas de formación Eficiencia de recursos y desvío de vertederos. Mayor rotación de partículas bajo carga cíclica; sensibilidad a la humedad.
Residuos de caucho Mantas bajo balasto y almohadillas bajo traviesas Atenuación de vibraciones y reducción de la rotura de balasto. Reducción de la rigidez global de la vía; incertidumbre sobre la estabilidad a largo plazo.
Polímeros reciclados Traviesas compuestas Resistencia a la degradación biológica; menor huella de carbono. Altos costos iniciales; problemas de compatibilidad en la interfaz traviesa-balasto.
Residuos mineros Capas de formación Disponibilidad local en grandes volúmenes. Gran variabilidad mineralógica; escasez de datos de campo.

Evaluación del rendimiento y la sostenibilidad

Indicadores clave de rendimiento (KPI)

Los estudios revisados emplean una serie de métricas clave para validar los materiales alternativos.

  • Módulo resiliente/rigidez: controla el asentamiento y la transferencia de carga.
  • Índice de rotura/pérdida por abrasión: determina la vida útil del balasto mediante los ensayos de Los Ángeles y Micro-Deval.
  • Conductividad hidráulica: es crucial para el drenaje y la prevención de la presión de los poros.
  • Atenuación de vibraciones: evaluada mediante ensayos de impacto y monitorización en campo.

Impacto ambiental y ciclo de vida (LCA).

Los análisis del ciclo de vida confirman que el uso de SWM puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) entre un 18 % y un 50 % en componentes específicos, como las traviesas. Sin embargo, el beneficio ambiental neto es altamente sensible a:

  • Distancia de transporte: el transporte puede dominar los impactos si el residuo no es local.
  • Frecuencia de mantenimiento: si un material alternativo requiere intervenciones más frecuentes, los beneficios iniciales se anulan.
  • Logística de fin de vida: la capacidad de reciclar el material es un factor decisivo.

«Los procesos de renovación son un motor principal de la extracción de materias primas y de las emisiones de GEI en los sistemas de balasto convencionales.»

Barreras y desafíos para la implementación.

A pesar de los resultados positivos en laboratorio, la transición a la práctica operativa se enfrenta a obstáculos significativos:

Dimensión Barreras principales Factores facilitadores
Técnica Falta de datos de campo a largo plazo (5-10 años); comportamiento bajo ante múltiples amenazas. Modelado avanzado (DEM/FEM); proyectos piloto instrumentados.
Regulatoria Estándares prescriptivos que exigen materiales naturales por su origen. Cambio hacia especificaciones basadas en el desempeño funcional.
Ambiental Incertidumbre sobre la lixiviación a largo plazo y los riesgos ambientales. Protocolos estrictos de prueba y marcos de evaluación de riesgos integrados.
Económica Costes iniciales más altos; incertidumbre en los costes a lo largo del ciclo de vida (LCC). Incentivos de economía circular; toma de decisiones informada por el LCC.

Conclusiones y direcciones futuras.

El estudio concluye que la infraestructura ferroviaria desempeña un papel estratégico como «sumidero» a gran escala para la valorización de residuos, alineando el rendimiento de ingeniería con los objetivos climáticos. Para avanzar, se identifican las siguientes prioridades:

  • Ensayos de campo prolongados: es urgente realizar pruebas instrumentadas que capturen la evolución de la rigidez y el asentamiento en condiciones reales durante al menos una década.
  • Armonización de normativas: colaboración entre organismos como la UIC, el CEN y AREMA para actualizar las guías y aceptar materiales según su función y no su procedencia.
  • Digitalización: La integración de herramientas como el BIM, los gemelos digitales y la inteligencia artificial para el mantenimiento predictivo puede reducir la incertidumbre asociada a los materiales no convencionales.
  • Enfoque de «riesgo de lixiviación específico»: superar las prohibiciones generales mediante métodos de detección de riesgos específicos del lugar, lo que permitiría la reutilización segura del balasto y otros subproductos.

En última instancia, el éxito de la valorización de residuos en el ferrocarril dependerá de una acción coordinada que combine el rigor científico, la innovación regulatoria y el apoyo político para desincentivar el uso de recursos vírgenes y favorecer soluciones circulares.

En esta conversación puedes escuchar las ideas más interesantes sobre este tema.

Este vídeo resume bien las ideas sobre la sostenibilidad del ferrocarril.

Circular_Railway_Blueprint

Referencia:

Reis dos Santos, R.L., de Souza Rodrigues, C., Park, J.A. et al. Sustainable valorization of solid waste materials in railway infrastructure: a systematic review. Discov Civ Eng 3, 181 (2026). https://doi.org/10.1007/s44290-026-00575-y

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Desarrollo de criterios sociales para la evaluación del ciclo de vida social de las infraestructuras ferroviarias

El diseño sostenible de las infraestructuras requiere la consideración de los impactos económicos, ambientales y sociales. Desde la firma del Acuerdo de París, se han hecho grandes esfuerzos para desarrollar las metodologías orientadas a evaluar los impactos económicos y ambientales a lo largo del ciclo de vida de las infraestructuras. Sin embargo, la evaluación de la dimensión social en el diseño de las infraestructuras todavía requiere un desarrollo significativo. La presente comunicación propone un conjunto de indicadores sociales orientados a la evaluación del ciclo de vida de las infraestructuras ferroviarias. En particular, se presenta la evaluación de los impactos sociales de una vía férrea convencional con balasto. A continuación, se sugiere un indicador basado en la aplicación de procedimientos de toma de decisión multicriterio que ayudará en la elección del diseño de vía más ventajoso en términos sociales.

ABSTRACT

The sustainable design of infrastructures requires the consideration of the economic, environmental, and social impacts. Since the establishment of the Paris Agreement, significant efforts have been made on the methodologies to assess infrastructures’ economic and environmental life cycle impacts. However, evaluating the social dimension in the design of infrastructures still requires significant development. The present communication proposes a set of social indicators oriented towards the life cycle assessment of railway infrastructures. In particular, the evaluation of the social impacts of a conventional ballasted rail track is presented. A multi-criteria decision-making procedure-based indicator is proposed to help decide the most advantageous track design in social terms.

Keywords:

Multi-criteria Decision-making; Sustainability; Life cycle assessment; Railway; Social impacts.

Reference:

NAVARRO, I.J.; VILLALBA, I.; YEPES, V. (2022). Development of social criteria for the social life cycle assessment of railway infrastructures. 26th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 5-8 de julio, Terrassa (Spain).

Os dejo la presentación que hicimos en el congreso y la comunicación completa.

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Análisis del ciclo de vida del balasto frente a la vía en placa en líneas ferroviarias de alta velocidad

Nos acaban de publicar en la revista de Elsevier del primer cuartil, Environmental Impact Assessment Review, un artículo donde se analiza el ciclo de vida del balasto frente la alternativa de vía en placa. Este artículo forma parte de nuestra línea de investigación DIMALIFE en la que se pretenden optimizar estructuras atendiendo no sólo a su coste, sino al impacto ambiental y social que generan a lo largo de su ciclo de vida.

El artículo lo podéis descargar GRATUITAMENTE hasta el 7 de septiembre de 2020 en el siguiente enlace:

https://authors.elsevier.com/a/1bQbriZ5t2ZYO

 

 

ABSTRACT:

The increase of train speed and axle load is an essential goal to make the railway transport more and more competitive for passengers and freights. On this basis, the unevenness of the railway track is crucial for the safety of the railway due to the high speed of the vehicle. Although ballasted tracks represent by far the most used railway track substructure, in recent years the modernization process has led the development of the ballastless track substructures.

In deciding between the use of ballasted or ballastless track substructure there are many important technical, economical and environmental factors that have to be addressed. Based on the above, the principal objective of this study was to evaluate the environmental impact of different railway track substructures including ballast, cast-in sleeper and embedded track systems on the short, medium and long term. To accomplish this task, a life cycle assessment (LCA) was carried out throughout the entire life cycle of the railway infrastructure by using the ReCiPe (H) method. Although such approach is commonly included in the environmental assessment of building products and buildings, it was rarely applied in the analysis of the environmental impacts of railway track substructure.

Thus, the result of these LCA showed that ballasted tracks cause the lowest environmental impact for service lives of up to 75 years. On the other hand, the embedded track beds cause the highest environmental impacts, regardless of their service life. The highest contributor for the environmental impacts of the track beds was the steel production.

The results of this study will provide relevant environmental information for engineers and decision makers to select the most adequate railway track substructures for addressing issues related to the pursuit of sustainable development.

HIGHLIGHTS:

  • Rail construction and maintenance phases should not be neglected in LCA approach.
  • LCA of rail track require more standardized assessment procedures.
  • Environmental LCA of different railway track substructures were analyzed.
  • Damage categories have been normalized for the total environmental impact.
  • Future LCA of rail projects should also consider the time effect.

KEYWORDS:

Life cycle assessment (LCA); High speed railway (HSR); Railway infrastructure; Railway track-bed

REFERENCE:

PONS, J.J.; VILLALBA-SANCHIS, I.; INSA, R.; YEPES, V. (2020). Life cycle assessment of a railway tracks substructures: comparison of ballast and ballastless rail tracks. Environmental Impact Assessment Review, 85:106444. DOI:10.1016/j.eiar.2020.106444

Dos trillones de átomos y una pregunta de un niño sobre el balasto

Va siendo habitual mi labor de divulgación en medios de comunicación, sobre todo de la radio. Este es el caso de Radio Nacional de España, donde David Sierra conduce un programa de divulgación científica denominado «Dos trillones de átomos». Es tremendamente interesante, aunque se emite los domingos de 4:00 a 5:00 horas en la madrugada.

Pues dentro de dicha sección hay un hueco para preguntas curiosas. Un niño quería saber sobre «esas piedrecitas blancas que se encuentran en la vía del tren«. Pues bien, ha sido una buena excusa para realizar divulgación sobre la técnica de la ingeniería, en este caso, ferroviaria. Como veréis el lenguaje utilizado está deliberadamente alejado del que utilizamos entre ingenieros o en el mundo académico y trata de explicar, con palabras muy llanas, qué es el balasto y para qué sirve. Usé en este caso la metáfora de la «cama del fakir» para intentar explicar cómo se pueden transmitir las altas cargas del material móvil al terreno sin que se superen las tensiones admisibles. Os dejo el podcast por si os interesa.

 

La viabilidad de la vía en placa en líneas de alta velocidad

Vía en placa de hormigón en Alemania. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%ADa_en_placa#/media/File:Feste_Fahrbahn_FFB%C3%B6gl.jpg
Vía en placa de hormigón en Alemania. Fuente: https://es.wikipedia.org

La concepción de la superestructura del ferrocarril presenta ciertas semejanzas de evolución conceptual e histórica respecto a la de las carreteras. De hecho, el dualismo existente en los firmes de carreteras referido a los firmes flexibles y los rígidos, puede extenderse, de alguna forma, al existente en la tecnología del ferrocarril respecto a la superestructura de vía con balasto o sin él, es decir, con vía en placa. El debate entre el uso del balasto o de la vía en placa es un debate abierto (Puebla et al., 2000), donde los condicionantes técnicos, funcionales y económicos cobran especial importancia, especialmente cuando se refieren a las líneas de alta velocidad.

La superestructura de balasto presenta, sin duda, ventajas importantes como son los costes de construcción menores que las alternativas sin balasto, la posibilidad de modificar la situación de la vía sin causar problemas de explotación, la regulación sencilla de la altura en caso de asientos de terraplenes, una buena amortiguación acústica y una conservación avalada por la experiencia, con medios mecanizados (Estrade, 1991). Países mediterráneos como Francia, Italia o España han sido partidarios del balasto debido, entre otras causas, a la calidad de los yacimientos de rocas silíceas que permiten, según indican Puebla et al. (2000) una adecuada relación comportamiento/coste. Además, como indica Melis (2006a), los grandes descensos de los terraplenes impiden en ocasiones poner vía en placa sobre ellos. Ello supone, de hecho (Melis, 2006b) la práctica eliminación de los terraplenes altos en las líneas de alta velocidad, reduciendo su altura a 9 m y su asiento a 30 mm, bajando rasantes y alargando túneles.

Sin embargo, uno de los problemas más importantes de las líneas de alta velocidad es el mantenimiento de la calidad de la vía sobre balasto. Este hecho se constató ya en la línea del Tokaido, en Japón, en el año 1964, para velocidades máximas de 210 km/h. El mantenimiento de la calidad geométrica de la vía obliga a operaciones mecanizadas de mantenimiento. Esta dificultad, además, suele ser mayor en infraestructuras difíciles como puentes y túneles. Así, ya en 1924 en un túnel japonés se sustituyó el balasto por unos bloques de madera embebidos en hormigón, formando un basamento bajo cada carril para evitar los problemas con los flujos de agua. Por tanto, la necesidad de una alternativa al balasto se reveló como importante, a pesar de que dicha tecnología también presentaba problemas a resolver. Esta necesidad de un sistema de vía distinto al tradicional ya se puso de manifiesto en 1971 en el estudio HSB (ver Escolano, 1998) para velocidades superiores a los 200 km/h. Ello se debe a que el esfuerzo dinámico aumenta con la velocidad del tren y depende de la calidad posicional de la vía. Es por ello que Alemania adoptó la decisión de aplicar este tipo de montaje en todas sus nuevas líneas de alta velocidad. A todo ello habría que añadir el efecto del schotterflug o “vuelo del balasto” arrastrastrado en el caso de trenes circulando a elevada velocidad (Melis, 2006b).

Vista de como se construye la vía, las armaduras posicionan las traviesas y luego serán hormigonadas. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%ADa_en_placa#/media/File:Schwellen_Rheda.jpg
Vista de como se construye la vía, las armaduras posicionan las traviesas y luego serán hormigonadas. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%ADa_en_placa#/media/File:Schwellen_Rheda.jpg

Los elementos constitutivos de la vía en placa lo forma la plataforma, la solera, la placa soporte, la fijación del carril, la soldadura en barra larga y los elementos adicionales. Una ventaja que caracteriza a la vía en placa es que, frente a la rodadura, el sistema presenta una elasticidad y una amortiguación independiente de la climatología, con una alta disponibilidad para el servicio del vial, con un buen comportamiento ante la dinámica de la marcha, y por tanto, y bajo mantenimiento (Escolano, 1998). Además, las proyecciones de balasto quedan descartadas, precisan de una sección menor de los túneles, se adapta mejor al terreno y el comportamiento se garantiza para velocidades menores a 300 km/h (Escolano, 1998). Otro aspecto de gran importancia es, tal y como indica López-Pita (2001), la cuantificación de la rigidez vertical de la vía. Se trata de un indicador clave en los fenómenos de interacción vía-vehículo, y por tanto, en el deterioro de la vía, especialmente importante en las líneas de alta velocidad. En este sentido, López-Pita (2001) indica que la degradación de la capa de balasto por causa de las vibraciones generadas por el material ferroviario, especialmente en líneas de alta velocidad, podría limitarse con el empleo de vía en placas de asiento de elevada elasticidad. En este sentido, Sheng et al. (2004) comentan que la placa en vía puede reducir el nivel de vibración frente al balasto en el caso de presencia de irregularidades verticales. La solución de vía en placa es más cara de construcción, pero más económica en su mantenimiento. Así por ejemplo, Esveld (2001) indica que este coste de mantenimiento puede reducirse hasta un 70-90%. El encarecimiento se debe, fundamentalmente, a los bajos rendimientos. Además, el rectificado y ajustado del posicionamiento del carril se mueve dentro de límites muy estrictos.

Lei y Zhang (2011) presentaron un modelo de análisis dinámico que le permitió desarrollar un nuevo tipo de placa para vía. Poveda et al. (2015) han presentado recientemente un estudio numérico sobre fatiga en el diseño de placas para vía. Parte de estos autores presentaron también un diseño experimental que comprobaba el comportamiento a fatiga de estos elementos (Tarifa et al., 2015). El Ministerio de Fomento (2014), elaboró una monografía sobre la aplicación de los Eurocódigos para el cálculo de puentes de ferrocarril, centrándose en la vía en placa en aquellos aspectos no contradictorios con dichos códigos.

Puebla et al. (2000) indican cuatro grupos de sistemas de vía en placa: construcción en capas, construcción monolítica, construcción por bloques recubiertos de elastómero y sistemas de construcción especiales. En cualquier caso, el problema más importante que afecta a la viabilidad económica de la vía en placa es su materialización, es decir, los costes elevados derivados de su construcción. Las causas del bajo rendimiento y del elevado coste del montaje de vía sobre placa se debe fundamentalmente a dos motivos. El primero al propio montaje de la vía a su posición teórica definitiva, con un elevado grado de precisión y tolerancias muy restrictivas. Así, el hormigonado tradicional permite un rendimiento de 150 a 200 m/día, muy por debajo de los rendimientos en balasto, que pueden ser más de 1000 m/día. Incluso con el método Alemán, que consiste básicamente en introducir un tren de mezcladoras por una vía auxiliar -construida expresamente a tal efecto- y bombear el contenido de forma íntegra, los rendimientos no superan los 175 a 250 m/día. Es evidente que es necesario un salto tecnológico para superar esta barrera en los rendimientos para ser competitivo económicamente frente al balasto.

Os dejo a continuación un vídeo sobre el hormigonado tradicional de la vía en placa. Espero que os guste.

Os dejo también la Guía Técnica de IECA sobre «Vía en placa mediante losa portante de hormigón para ferrocarril». Espero que os sea útil.

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Referencias:

  • Escolano, J. (1998). La “vía en placa” en la DB AG. Revista de Obras Públicas, 145(3382):21-34.
  • Estrade, J.M. (1991) La superestructura de vía sin balasto: perspectivas de su aplicación en las nuevas líneas de alta velocidad. Revista de Obras Públicas, 138(3305):9-28.
  • Estrade, J.M. (1998) La superestructura de vía en placa en las nuevas líneas de alta velocidad de nuestro país. Revista de Obras Públicas, 145(3372):63-74.
  • Esveld, C. (2001). Modern railway track. 2nd ed. The Netherlands: Delft University of Technology.
  • Lei, X.; Zhang, B. (2011). Analysis of dynamic behavior for slab track of high-speed railway base don vehicle and track elements. ASCE Journal of Transportation Engineering, 137(4): 227-240.
  • López-Pita, A. (2001). La rigidez vertical de la vía y el deterioro de las líneas de alta velocidad. Revista de Obras Públicas, 148(3415):7-26.
  • Melis, M. (2006a). Terraplenes y balasto en la alta velocidad ferroviaria (primera parte). Revista de Obras Públicas, 153(3464):7-36.
  • Melis, M. (2006b). Terraplenes y balasto en la alta velocidad ferroviaria. Segunda parte: Los trazados de Alta velocidad en otros países. Revista de Obras Públicas, 153(3468):7-26.
  • Ministerio de Fomento (2014). Documentos complementarios no contradictorios para la aplicación de los Eurocódigos para el cálculo de puentes de ferrocarril. Centro de Publicaciones, 211 pp.
  • Poveda, E.; Yu, R.C.; Lancha, J.C.; Ruíz, G. (2015). A numerical study on the fatigue life design of concrete slabs for railway tracks. Engineering Structures, 100:455-467.
  • Puebla, J.; Fernández, A.; Gilaberte, M.; Hernández, S.; Ruíz, A. (2000). Para altas velocidades ¿Vía con o sin balasto? Revista de Obras Públicas, 147(3401): 29-40.
  • Sheng, X.; Jones, C; Thompson, D. (2004). A theoretical model for ground vibration from trains generated by vertical track irregularities. Journal of Sound and Vibration, 272(3–5):937–65.
  • Tarifa, M.; Zhang, X.; Ruíz, G.; Poveda, E. (2015). Full-scale fatigue tests of precast reinforced concrete slabs for railway tracks. Engineering Structures, 100: 610-621.

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