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Investigación para el desarrollo de un ecomaterial hibridado para infraestructuras rurales, ECOHIR (I)

Primer tramo experimental de un camino sostenible ejecutado con un ecomaterial-hibridado, zahorra reciclada procedente de residuos de demolición y Construcción con prestaciones mejoradas gracias a un polímero natural extraído de pieles y semillas del tomate.

El proyecto de Economía Circular que ha dado como resultado el tramo experimental, ha sido llevado a cabo por investigadores de los centros tecnológicos INTROMAC y CTAEX en colaboración con las empresas Construcciones Sevilla Nevado, S.A. y Tomates del Guadiana, S.L.C.

Está vinculado con las líneas prioritarias del V Plan Regional de Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación, así como a la Estrategia de Investigación e Innovación para la Especialización Inteligente de Extremadura (RIS3 Extremadura), conforme a lo establecido en el Decreto 40/2016 de 21 de marzo de 2016, cofinanciado con el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).

El objetivo principal del proyecto es la investigación de un nuevo material ecoeficiente para la Construcción y mantenimiento de caminos rurales, mediante el uso de biopolímeros obtenidos a partir del tratamiento de residuos agroalimentarios en concreto de los procedentes de industria transformadora de tomate (pieles y semillas). La utilización de estos nuevos biopolímeros mediante su mezclado con los materiales utilizados en la Construcción de caminos (suelos, RCDs, etc.), permitiría obtener un material ecoeficiente, con un comportamiento similar al que ofrecen los productos que actualmente existen en el mercado, utilizados para la Construcción y el mantenimiento de estos caminos rurales.

El proyecto permitirá dar una nueva alternativa viable al problema de los residuos generados en el sector agroalimentario, a través de a través de su uso en el sector de la Construcción, reduciendo en este último la dependencia de los combustibles fósiles (cemento, derivados del petróleo, etc.) y las emisiones de dióxido de carbono. A su vez, ofrecerá una nueva alternativa mejorada para el mercado de los áridos reciclados procedentes de residuos de Construcción y demolición, que en la actualidad tienen problemas y limitaciones para comercializarse y ser usados en la industria de la Construcción y de la Obra Civil. 

Se pretende definir una nueva solución para el incremento de la sostenibilidad en la Construcción mediante la vuelta al aprovechamiento sostenible de los recursos naturales vegetales renovables, como se hacía en la antigüedad. 

Este proyecto también contribuye, por tanto, a la estrategia de Economía Verde y Circular como parte de la Estrategia Ciudadana de Economía Verde Extremadura 2030 y refleja el esfuerzo que se está llevando a cabo para alinear las estrategias de las instituciones públicas, con el fin de apoyar la innovación y la transferencia de tecnología a las empresas, siendo referentes de este nuevo modelo productivo. 

Se trata, por tanto, de desarrollar productos basados en polímeros naturales extraídos de matrices agroalimentarias para aportar soluciones que faciliten el uso de áridos procedentes de Residuos de Construcción y Demolición (RCD), mejorando sus capacidades mecánicas y de durabilidad con la mezcla con el polímero natural.

La metodología planteada se desarrolló atendiendo a los dos materiales: pieles-semillas de tomate y RCD, definidos para la obtención del producto ecohibridado, estructurando en cinco actividades principales, en la que las empresas coordinadas por los centros tecnológicos han ido avanzando hasta obtener una validación experimental del material. 

Resultados

• Selección de los subproductos agroalimentarios susceptibles de producir biopolímeros. El proceso del tomate en la industria general enormes cantidades de residuos sólidos. 

El principal subproducto está constituido por la piel y las semillas, que representan alrededor del 3-4% del total del tomate fresco procesado. En este proyecto, se han probado varias técnicas para tratar el residuo y encontrar un proceso que resulte económico y rentable, probando también el uso de pieles y semillas de pieles solamente.

Debido a que se busca el componente polimérico de la piel, su pérdida de carotenoides no es importante en el proceso de transformación.

El residuo de pieles y semillas ha sido secado finalmente con secado solar, puesto que es el más sostenible. Dado que se genera en verano y que las plantas de transformación tienen superficie disponible para su extendido y secado al sol, este proceso sería factible en la industria actualmente.

• Extracción y optimización ligante. La cutina es una macromolécula formada por muchos ácidos grasos de cadena larga, que están unidos unos a otros por uniones éster, creando una red rígida tridimensional. La cutina está formada por ácidos grasos 16:0 y 18:1 (es decir, de 16 carbonos sin dobles enlaces y de 18 carbonos con un doble enlace cis). La cadena puede tener grupos hidroxilo o epóxido, interiormente o en el extremo opuesto al grupo carboxilo. Debido a su estructura interna, la cutina sufre un gran cambio en sus propiedades cuando se somete a temperaturas superiores a la atmosférica (tratamiento térmico). Es lo que se conoce como polimerización.

A partir de los datos obtenidos de la caracterización del polímero, se ha podido identificar la opción más eficiente para emplear la cutina como conglomerante para la fabricación del ecomaterial. Se ha podido, así, seleccionar la forma de trabajo del polímero que mejores resultados ofrece.

Los diferentes formatos de producto final en pasta, líquidas filtradas y sin filtrar, han sido evaluadas para la elaboración de probetas en laboratorio para comprobar su poder ligante con los residuos de construcción y demolición. Como resultado, se decide seguir trabajando con la cutina sin polimerizar con semillas. Esto es, debido, principalmente, a su propiedad de solubilidad en agua, ya que el modo de emplear este polímero como ligante para áridos es en disolución en el agua de amasado para la compactación. A raíz de estos resultados, se simplificó y optimizó el proceso de obtención de la cutina, eliminando la centrifugación y ofreciendo un producto final en presentación líquida y no una pasta soluble para mezclar con el árido reciclado para su puesta en obra. 

• Diseño del ecomaterial para su uso en infraestructuras rurales. De cara a este proyecto, la aplicación más factible resulta ser el desarrollo de una capa de zahorra reciclada compactada y mejorada con cutina, para su empleo en bases de obras lineales o bien como capa de rodadura en vías de baja intensidad de tráfico como son los caminos rurales. Se planteó la opción , igualmente, de estudiar el efecto que la cutina podría tener en las propiedades de un suelo inadecuado o tolerable, de modo que al mejorar su calidad fuera aprovechable en más unidades de obra civil, en lugar de ser llevado a vertedero y desechado. Este uso todavía no está comprobado totalmente.

Por ello, se ha estudiado el comportamiento con zahorra reciclada mixta-cerámica procedente de las instalaciones de la UTE “Reciclados Cáceres Sur” (empresa en la que participa Sevilla Nevado), la cual gestiona la planta de reciclaje del servicio de valoración y eliminación de los residuos de la Construcción y demolición de la zona sur de la provincia de Cáceres. Su finalidad es dar cumplimiento a las directrices europeas de conservación de nuestro entorno natural y Medio Ambiente requerida en la actualidad.

Esta planta se ubica en Cáceres capital y cuenta con un sistema de tratamiento que es el más habitual en este tipo de instalaciones: una playa de descarga donde se reciben los residuos, se preclasifican y se precriban; una segunda fase de limpieza mediante separadores magnéticos, sopladores y una cabina de triaje manual; un molino de impactos específico para el reciclaje de escombros; y un equipo de cribado móvil que permite obtener los diferentes productos para ser comercializados.

Se obtienen, de esta manera, materiales reciclados como arenas, zahorras, grava para su reutilización en obras de Construcción, para hormigones, conducciones, morteros, drenajes, rellenos, compactaciones, caminos, etc. La macroplanta gestiona los desechos de las obras de ochenta municipios del sur de la provincia (incluida la capital), con un sistema integral que reaprovecha todos los materiales posibles para nuevos usos.

El objetivo fundamental de esta tarea es, por lo tanto, la caracterización tecnológica de los áridos reciclados que se van a emplear en la composición del nuevo material ecohibridado, para verificar el cumplimiento de la reglamentación técnica que aplique en los usos que se pretende dar al mismo para capas de firme en vías de baja intensidad de tráfico.

Para ello, se toma como referencia el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para obras de Carreteras y Puentes (PG-3) y se analizan aquellas propiedades según los artículos 510 (zahorras), 512 y 513 (suelos estabilizados) como aplicaciones que pueden ser factibles en la construcción de caminos para el nuevo material ecohibridado.

Autores: Patricia Román (Construcciones Sevilla Nevado), Rosa de la Torre (CTAEX) y Antonio Romero (INTROMAC).

Artículo disponible en Cimbra, número 416.