1. TÍTULO DEL PROYECTO
Tesina Final de Carrera
Puertos
TÍTULO DEL PROYECTO
ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL FLUJO DE AGUA EN
RELLENOS DE NEUMÁTICOS TROCEADOS FUERA
DE USO
Autor: FRANCISCO MUDOY VILLALOBOS
Tutor: ENRIQUE ROMERO MORALES
ANTONIO LLORET MORANCHO
TÍTULO DEL PROYECTO:
I. Caminos Canales y
TÍTULO DEL PROYECTO:
ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL FLUJO DE AGUA EN
RELLENOS DE NEUMÁTICOS TROCEADOS FUERA
DE USO
Autor: FRANCISCO MUDOY VILLALOBOS
Tutor: ENRIQUE ROMERO MORALES
ANTONIO LLORET MORANCHO
JULIO 2008

2. 1. Antecedentes - El neumático
Caucho (látex Hevea Brasilensis
relleno (negro de carbono,
Brasilensis) + Material de
carbono, acero…) + Aditivos

4. 1. Antecedentes - El neumático
Producción anual en España de 250000-300000 tn/año
Aproximadamente una acumulación de unos 400 millones de neumáticos usados en la
última década
Convirtiéndose así en Neumático Fuera de Uso (NFU), en uno de los residuos que másConvirtiéndose así en Neumático Fuera de Uso (NFU), en uno de los residuos que más
caracterizan las sociedades modernas tan dependientes del automóvil
Emisiones de gases que contienen partículas nocivas para el entorno
Problemas debido a su elevada capacidad calorifica
Problemas incendios
No degradables
Arrecifes roedores, insectos…; La reproducción de ciertos mosquitos que transmiten
¿QUÉ HACEMOS?
¿QUEMARLOS?
¿ALMACENARLOS?
por picadura fiebres y encefalitis llega a ser 4000 veces mayor en el agua estancada
de un neumático que en la naturaleza (Waste Ideal 2007)
300000 tn/año
Aproximadamente una acumulación de unos 400 millones de neumáticos usados en la
Convirtiéndose así en Neumático Fuera de Uso (NFU), en uno de los residuos que másConvirtiéndose así en Neumático Fuera de Uso (NFU), en uno de los residuos que más
caracterizan las sociedades modernas tan dependientes del automóvil
Emisiones de gases que contienen partículas nocivas para el entorno
Problemas debido a su elevada capacidad calorifica
La reproducción de ciertos mosquitos que transmiten
¿ALMACENARLOS?
por picadura fiebres y encefalitis llega a ser 4000 veces mayor en el agua estancada
(Waste Ideal 2007)

5. 1. Antecedentes - El neumático
UNICA SOLUCIÓN VIABLE Y SOSTENIBLE
RECICLAJE Y TRATAMIENTO DE LOS NFU
UNICA SOLUCIÓN VIABLE Y SOSTENIBLE
RECICLAJE Y TRATAMIENTO DE LOS NFU

6. 1ª FASE, RECOGIDA SELECTIVA Y REUTILIZACIÓN
1. Antecedentes - Reciclado y Tratamiento de los NFU
REUTILIZACIÓN
Reciclado y Tratamiento de los NFU

7. 1. Antecedentes - Reciclado y Tratamiento de los NFU
2ª FASE, TÉCNICAS DE RECICLADO Y APLICACIONES
Reciclado y Tratamiento de los NFU
APLICACIONES

8. 2. Aplicaciones a capas drenantes en vertederos
Ventajas:
• Resistencia adecuada • Aislante térmico (heladas)
• Peso reducido • Alta permeabilidad
en vertederos
Aislante térmico (heladas)
Peso reducido • Alta permeabilidad
Desventajas:
• Autocombustión
• Gran deformabilidad

9. 2. Aplicaciones a capas drenantes en vertederos
Especificaciones técnicas (ASTM D6270
• Alta permeabilidad (K
• Espesores mayores de 0.5 m
en vertederos
Especificaciones técnicas (ASTM D6270-98):
Alta permeabilidad (K≥10-3 m/s)
Espesores mayores de 0.5 m

10. 3. Objetivos
A) Estudiar el comportamiento hidráulico de los NFU como material en
capas drenantes de los sistemas de recolección de lixiviados y sellado de
vertederosvertederos
B) Puesta a punto de un equipo que permita medir la permeabilidad de los
NFU
el comportamiento hidráulico de los NFU como material en
de los sistemas de recolección de lixiviados y sellado de
Puesta a punto de un equipo que permita medir la permeabilidad de los

11. 4. Metodología Experimental
Determinar la relación entre caudales y gradientes de los NFU en función de
diferentes tamaños de partículas y de la porosidad, utilizando un equipo
especialmente diseñado en laboratorio.
Determinar la relación entre caudales y gradientes de los NFU en función de
diferentes tamaños de partículas y de la porosidad, utilizando un equipo
especialmente diseñado en laboratorio.

12. 5. Material utilizado Porosidades iniciales 0.6 - 07

16. 6. Equipo experimental
Edómetro con flujo estacionario

17. 6. Equipo experimental
Dificultades:
• Estanqueidad del sistema
• Alta deformabilidad
• Tamaño de grano considerable• Tamaño de grano considerable
• Homogeneidad del flujo
• Gran adherencia con paredes laterales
• Altas permeabilidades
Gradientes pequeños
Caudales grandes
TRANSDUCTOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL
(DPT)
Gradientes pequeños
Caudales grandes
IMPEDANCIA DEL SISTEMA
MEDIDA LATERAL DE LOS GRADIENTES
TRANSDUCTOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL CON ALTA RESOLUCIÓN

18. 6. Equipo experimental
Celda edométrica
Células de carga
LVDT (desplazamiento)
DPTDPT
Equipo auxiliar
Caja electrónica y programa informático de adquisición de datosCaja electrónica y programa informático de adquisición de datos

19. 6. Equipo experimental
Celda edométrica

20. 6. Equipo experimental
Células de carga

21. 6. Equipo experimental
LVDT (desplazamiento)
TRANSDUCTOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL
(DPT)
TRANSDUCTOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL

22. 6. Equipo experimental
DPTDPT
TRANSDUCTOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL
(DPT)
TRANSDUCTOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL

23. 6. Equipo experimental
Equipo auxiliar

24. 6. Equipo experimental

25. 7. Procedimiento de ensayo
1) Colocación muestra sin compactar; n = 0.6
2) Aplicación carga vertical registrando la deformación vertical
xvariostamaños
3) Aplicación flujo vertical
4) En condiciones estacionarias, medida de la respuesta del DPT
5) En condiciones estacionarias, medida del caudal
6) En condiciones estacionarias, medida de la deformación
inducida por el flujo
xvarioscaudales
xvariascargas
xvariostamaños
Colocación muestra sin compactar; n = 0.6 – 0.7
Aplicación carga vertical registrando la deformación vertical
En condiciones estacionarias, medida de la respuesta del DPT
En condiciones estacionarias, medida del caudal
En condiciones estacionarias, medida de la deformación

26. 8. Resultados
Compresibilidad
60
Deformaciónvertical(%)
10
20
30
40
50
Deformaciónvertical(%)
0
0 100 200
Tensión vertical promedio
1-UPC7
3-UPC25
4-UPC25
6-UPC50
7-UPC50
300 400
promedio (kPa)

27. 8. Resultados
Compresibilidad
0,8
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
Porosidad
0,2
0,3
1 10
Tensión vertical promedio
1-UPC7
3-UPC25
4-UPC25
6-UPC50
7-UPC50
5-UPC25
100 1000
promedio (kPa)

28. 8. Resultados
Relación Gradiente – Caudal unitario
1,2E-03
4,0E-04
6,0E-04
8,0E-04
1,0E-03
Caudalunitario(m3/m2/s)
0,0E+00
2,0E-04
0 0,2 0,4
Gradiente
1-UPC7-n0.38
2-UPC7-n0.42
3-UPC25-n0.48
3-UPC25-n0.43
4-UPC25-n0.49
4-UPC25-n0.44
5-UPC25-n0.43
6-UPC50-n0.47
0,6 0,8
7-UPC50-n0.52
7-UPC50-n0.47

29. 8. Resultados
Relación Gradiente – Caudal unitario
1,2E-03
4,0E-04
6,0E-04
8,0E-04
1,0E-03
Caudalunitario(m3/m2/s)
0,0E+00
2,0E-04
0 0,05
Gradiente
1-UPC7-n0.38
3-UPC25-n0.48
3-UPC25-n0.43
4-UPC25-n0.49
4-UPC25-n0.44
5-UPC25-n0.43
6-UPC50-n0.47
7-UPC50-n0.52
0,1 0,15
7-UPC50-n0.52
7-UPC50-n0.47

30. 8. Resultados
Relación Gradiente – Caudal unitario
7
2
3
4
5
6
Permeabiiidad(cm/s)
0
1
0,0E+00 2,0E-04 4,0E-04 6,0E-04 8,0E
Caudal unitario (m3/m2/s)
1-UPC7-n0.38
2-UPC7-n0.42
3-UPC25-n0.48
3-UPC25-n0.43
4-UPC25-n0.49
4-UPC25-n0.44
5-UPC25-n0.43
8,0E-04 1,0E-03 1,2E-03
Caudal unitario (m3/m2/s)
7-UPC50-n0.47

31. 8. Resultados
Permeabilidad
100
0,1
1
10
Permeabilidad(cm/s)
0,01
0 100 200
Tensión vertical promedio (kPa
1-UPC7
2-UPC7
4-UPC25
5-UPC25
6-UPC50
7-UPC50
3-UPC25
300 400
kPa)

32. 8. Resultados
Permeabilidad
100
0,1
1
10
Permeabilidad(cm/s)
0,01
0 0,2 0,4
Permeabilidad(cm/s)
Porosidad
1-UPC7
4-UPC25
7-UPC50
3-UPC25
0,6 0,8

33. 9. Interpretación de resultados
Formulación teórica de la permeabilidad, Kozeny
2
2
3
)1(5
1






⋅
−
⋅⋅=
αη
γ D
n
n
K w
espesor
D
V
A
D
=→= α
α
Formulación teórica de la permeabilidad, Kozeny – Carman (Bear, 1972)
UPC 7 UPC 25 UPC 50
α 10 21,48 31,75

34. 9. Interpretación de resultados
Formulación teórica de la permeabilidad, Kozeny
2
2
3
)1(5
1






⋅
−
⋅⋅=
αη
γ D
n
n
K w
1
10
100
Permeabilidadmedida(cm/s)
0,01
0,1
0,01 0,1 1
Permeabilidadmedida(cm/s)
Permeabilidad teórica (cm/s)
Formulación teórica de la permeabilidad, Kozeny – Carman (Bear, 1972)
UPC 7 UPC 25 UPC 50
α 10 21,48 31,75
y = 0,082xy = 0,082x
R² = 0,423
10 100
Permeabilidad teórica (cm/s)

35. 9. Interpretación de resultados
Otras expresiones :
2
DK ⋅= β 2
2
3
)1(
D
n
n
K ⋅
−
⋅= β
1
10
100
Permeabilidad(cm/s)
0,01
0,1
0 2 4
Permeabilidad(cm/s)
2
DeK ⋅⋅= χ
β
β = 0,738
R² = 0,110
6 8 10 12 14
D^2(cm)

36. 9. Interpretación de resultados
Otras expresiones :
2
DK ⋅= β 2
2
3
)1(
D
n
n
K ⋅
−
⋅= β
1
10
100
Permeabilidad(cm/s)
0,01
0,1
0 2
Permeabilidad(cm/s)
n
2
DeK ⋅⋅= χ
β
β = 2,037
R² = 0,500
4 6 8 10
n3/(1-n)2 x D2

37. 9. Interpretación de resultados
Otras expresiones :
2
DK ⋅= β 2
2
3
)1(
D
n
n
K ⋅
−
⋅= β
1
10
100
Permeabilidad(cm/s)
0,01
0,1
0 5
Permeabilidad(cm/s)
2
DeK ⋅⋅= χ
β
β = 0.936
Χ = 3.02
R² = 0,537
10 15 20 25
eχ x D2

38. 9. Interpretación de resultados
Diferenciación por rango de porosidad
y = 1,813x
R² = 0,885
100
R² = 0,885
y = 0,586x
R² = 0,217
0,1
1
10
Permeabilidad(cm/s)
0,01
0 5 10
e3.02 x D2
y = 0,796x
R² = 0,577
y = 0,586x
R² = 0,217
n=0.60-0.69
n=0.50-0.59
n=0.40-0.49
Lineal (n=0.60-
0.69)
Lineal (n=0.50-
0.59)
15 20
e3.02 x D2
0.59)

39. 9. Interpretación de resultados
Diferenciación por tamaño de la partícula
y = 0,983x
100
y = 0,983x
R² = 0,404
0,1
1
10
Permeabilidad(cm/s)
y = 1,549x
R² = 0,765
0,01
0 5 10
e3.02 x D
y = 0,983x
y = 0,914x
R² = 0,418
y = 0,983x
R² = 0,404
UPC7
UPC25
UPC50
15 20 25
x D2
UPC50

40. 9. Interpretación de resultados
Ábaco de correlación
100
1
10
Permeabilidad(cm/s)
0,01
0,1
0 5 10 15
e3.02 x D2
UPC7-n=0.60-0.69
UPC7-n=0.40-0.49
UPC7-n=0.30-0.39
UPC25-n=0.60-0.69
UPC25-n=0.50-0.59
UPC25-n=0.40-0.49
UPC50-n=0.50-0.59
UPC50-n=0.40-0.49
20 25
Z
Zmin
Zmax
β=0.936
3βmin=0.5861
βmáx=1.8131

41. 9. Interpretación de resultados
Ábaco de correlación
100
1
10
Permeabilidad(cm/s)
0,01
0,1
0 1 2 3
e3.02 x D2
UPC7-n=0.60-0.69
UPC7-n=0.40-0.49
UPC7-n=0.30-0.39
UPC25-n=0.60-0.69
UPC25-n=0.50-0.59
UPC25-n=0.40-0.49
UPC50-n=0.50-0.59
UPC50-n=0.40-0.49
4 5
Z
Zmin
Zmax
β=0.936
3βmin=0.5861
βmáx=1.8131

42. 9. Interpretación de resultados
1000
Ábaco de correlación. Comparación con ensayos de otros autores
1
10
100
Permeabilidad(cm/s)
0,01
0,1
0 50 100
e3.02 x D2
UPC7-n=0.60-0.69
UPC7-n=0.40-0.49
UPC7-n=0.30-0.39
Ábaco de correlación. Comparación con ensayos de otros autores
UPC7-n=0.30-0.39
UPC25-n=0.60-0.69
UPC25-n=0.50-0.59
UPC25-n=0.40-0.49
UPC50-n=0.50-0.59
UPC50-n=0.40-0.49
Z
Zminβmin=0.5861
β=0.9363
150 200
Zmin
Zmax
Aydilek-50-n=0.50-0.59
Warith&Rao-50-n=0.40-0.49
Aydilek-50-n=0.60-0.69
Warith&Rao-50-n=0.50-0.59
βmin=0.5861
βmáx=1.8131

43. 9. Interpretación de resultados
Ábaco de correlación. Comparación con ensayos de otros autores
100
1
10
Permeabilidad(cm/s)
0,01
0,1
0 5 10 15 20
e3.02 x D2
Ábaco de correlación. Comparación con ensayos de otros autores
UPC7-n=0.60-0.69
UPC7-n=0.40-0.49
UPC7-n=0.30-0.39UPC7-n=0.30-0.39
UPC25-n=0.60-0.69
UPC25-n=0.50-0.59
UPC25-n=0.40-0.49
UPC50-n=0.50-0.59
UPC50-n=0.40-0.49
Z
Zminβmin=0.5861
β=0.9363
20 25 30
Zmin
Zmax
Aydilek-50-n=0.50-0.59
Warith&Rao-50-n=0.40-0.49
Aydilek-50-n=0.60-0.69
Warith&Rao-50-n=0.50-0.59
βmin=0.5861
βmáx=1.8131

44. 9. Interpretación de resultados
Estudio del tipo de flujo y
el número de Reynolds
αν
50
1
4
Re
D
n
q
p ⋅
−
⋅=
2
2
1






⋅⋅⋅=
n
q
g
iDf
Factor de fricción vs número de Reynolds
(Bear, 1988)
UPC 7 UPC 25 UPC 50
Clasificación esquemática de los flujos en
medio poroso a partir de f y Re (Bear 1988)
UPC 7 UPC 25 UPC 50
α 10 48 21,48 65 31,75 74

45. 9. Interpretación de resultados
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
Factordefricciónf
1,0E+01
1,0E+02
1,0E-02 1,0E-01 1,0E+00 1,0E+01
Factorde
1,0E+04
1,0E+05
Factordefricciónf
1,0E+01
1,0E+02
1,0E+03
1,0E+04
1,0E-02 1,0E-01 1,0E+00 1,0E+01
Factordefricciónf UPC7
UPC25
1,0E+01 1,0E+02 1,0E+03
Re
UPC25
UPC50
1,0E+01 1,0E+02 1,0E+03 1,0E+04
Re
UPC7
UPC25
UPC50

46. 10. Conclusiones y futuras líneas de investigación
• Los NFU son altamente compresibles, habrá
dimensionar el ancho de capa para que sea mayor
• El uso de un transductor de presión diferencial
métodos ordinarios de medida de permeabilidad
• La norma exige que las capas drenantes
superior a 10-3 m/s. Este hecho se cumple en
un punto para el tamaño UPC 7, llegando a compresiones
• El rango de las permeabilidades obtenidas
previos, ratificando su validez para este uso
• En grandes rasgos la permeabilidad de un
su porosidad y tamaño del grano según la siguientesu porosidad y tamaño del grano según la siguiente
donde β dependerá de la porosidad y del propio
entre 1.81 (cota superior) y 0.59 (cota inferior),
Valores más que aceptables para flujo laminar
• Con este uso se potenciaría el reciclaje de
respecto a la utilización de otros granulares como
es muy económico para tamaños superiores a
202.3
DeK ⋅⋅= β
10. Conclusiones y futuras líneas de investigación
habrá que tenerlo en cuenta a la hora de
mayor de 0.5 m
diferencial a supuesto un gran avance respecto a
permeabilidad
de los vertederos tengan una permeabilidad
todos los ensayos realizados a excepción de
compresiones superiores a los 350 kPa
obtenidas es similar al de otros estudios
NFU troceado puede ser estimada a partir de
siguiente formulación:siguiente formulación:
propio tamaño, pero en general tendrá valores
inferior), tomando β = 0.94 como valor medio.
laminar
los NFU. Además este uso abarataría costes
como gravas, dado que el proceso de troceado
a los 20 mm

47. 10. Conclusiones y futuras líneas de investigación
Futuras líneas de investigación:
Evaluar el comportamiento del NFU troceado para flujos no laminares. De esta forma se
podrán obtener una mayor gama de números de Reynolds y estudiar el comportamiento de
los NFU en condiciones de flujo transitorio y/o turbulento. A su vez se podría comprobar si el
parámetro de forma es un parámetro puramente físico, o más bien de ajuste.parámetro de forma es un parámetro puramente físico, o más bien de ajuste.
No menos importante sería realizar un estudio del comportamiento hidráulico de mezclas de
NFU + Suelo, así como su segregación
10. Conclusiones y futuras líneas de investigación
Evaluar el comportamiento del NFU troceado para flujos no laminares. De esta forma se
podrán obtener una mayor gama de números de Reynolds y estudiar el comportamiento de
los NFU en condiciones de flujo transitorio y/o turbulento. A su vez se podría comprobar si el
parámetro de forma es un parámetro puramente físico, o más bien de ajuste.parámetro de forma es un parámetro puramente físico, o más bien de ajuste.
No menos importante sería realizar un estudio del comportamiento hidráulico de mezclas de