** GEOSINTÉTICOS **
I. CONCEPTO:
Son materiales fabricados a partir de varios tipos de polímeros derivados del petróleo, que mejoran las propiedades mecánicas de los suelos y hacen posible la ejecución de proyectos de ingeniería civil y geotécnica en difíciles condiciones. De igual forma los podemos usar simplemente para protección de los suelos.
Son un grupo de materiales fabricados mediante la transformación industrial de sustancias químicas denominadas polímeros, del tipo conocido genéricamente como “plásticos”, que de su forma elemental, de polvos o gránulos, son convertidos mediante uno o más procesos, en láminas, fibras, perfiles, películas, tejidos, mallas, etc., o en compuestos de dos o más de ellos, existiendo también algunas combinaciones con materiales de origen vegetal.
Otra característica particular de los geosintéticos es que su aplicación se relaciona con la actividad de la construcción, por lo que participan como parte integral de sistemas y estructuras que utilizan materiales de construcción tradicionales, como suelos, roca, agregados, asfaltos, concreto, etc.
1.1. BENEFICIOS
- Reduce los costos en la construcción.
- Sirve como barrera contra la erosión de suelos.
- Funcionan como manto drenante, en reemplazo de estratos de material granular.
- Es inerte frente a la mayoría de agentes químicos.
- Refuerza el suelo, mejorando sus cargas últimas.
- Permite la construcción de taludes de gran inclinación, inclusive de muros verticales de gran altura.
II. FUNCIONES DE LOS GEOSINTÉTICOS
Los Geosintéticos cumplen varias funciones. A manera de ubicarlos adecuadamente, podemos dividirlas en:
2.1. Separación:
La Separación impide el contacto entre dos superficies de distintas propiedades físicas, lo cual evita su mezcla y contaminación aunque permite el flujo libre de líquidos filtrándolos a través del geotextil, puede ser entre dos capas diferentes: ej. de suelo aportado o entre suelo natural y de aporte.
Es la función que por medio de un geosintético poroso y flexible, previene la mezcla de dos estratos o materiales diferentes evitando la contaminación entre ellos, conservando las cualidades físicas y mecánicas de cada uno.
2.2. Filtración:
La Filtración es la propiedad de retención de un material de ciertas partículas sometidas a fuerzas hidrodinámicas al tiempo que permite el pasaje de fluidos. La función de filtro debe garantizar su estabilidad hidráulica.
Es la función que por medio de un geosintético poroso, flexible y permeable, en presencia de agua entre dos estratos o materiales diferentes, permite el paso del fluido, evitando la migración de finos o que las partículas se mezclen o contaminen entre sí, aun estando sometidos a un trabajo de carga o comprensión.
2.3. Drenaje:
Es la función que permite un régimen de flujo entre dos estratos, transportando fluidos o gases a través del plano del geosintético aun sometido a un trabajo de compresión o carga.
Es el proceso mediante el cual se realiza el pasaje de un lugar a otro de un fluido (líquido o gas), evacuándolo. De esta manera se efectúa la eliminación por evacuación en el espesor del geotextil sin producir el lavado de finos.
2.4. Refuerzo:
Es la función que por medio de un geosintético aumenta la capacidad de carga de un terreno, teniendo como resultado una superficie más estable; esto se logra por medio de la distribución de cargas, resultado de la interacción o fricción a la que es sometido el geosintético.
Se consigue por las propiedades que poseen ciertos geotextiles, mejorando sus propiedades mecánicas y disminuyendo el nivel de cargas sobre el terreno porque realiza un trabajo de homogeneizar las cargas sobre una superficie extensa
2.5. Protección:
Es la función de recibir, absorber y mitigar una fuerza ejercida sobre una superficie contra los elementos que puedan ocasionar un daño a ésta.
Permite que el sistema geotécnico no se deteriore. El geotextil actúa protegiendo geomembranas impermeables; de modo que impide que se produzcan daños mecánicos de abrasión o punzonamiento
2.6. Impermeabilizar:
Es la función que por medio de la cual se coloca una frontera o barrera impermeable, aislando dos estratos diferentes evitando la impregnación de uno con el otro.
III. CLASIFICACIÓN
3.1. GEOMEMBRANAS
La Geomembranas son láminas de muy baja permeabilidad que se emplean como barreras hidráulicas; se fabrican en diversos espesores y se impactan como rollos que se unen entre sí mediante técnicas de termofusión, extrusión de soldadura, mediante aplicación de adhesivos, solventes o mediante vulcanizado, según su naturaleza química.
3.1.1. Tipos de Geomembranas
A. según el proceso de su fabricación:
- Geomembranas No Reforzadas
- Geomembranas Reforzadas
B. según el polímero de su fabricación:
Geomembranas de PV Plastificado
- Geomembrana de polietileno de Alta Densidad
- Geomembranas de Polipropileno
- Geomembranas de Polietileno Cloro Sulfonado
- Geomembranas de Hules Sintéticos
La
selección del tipo de geomembrana para cada aplicación requiere del análisis de
diversas variables:
- Compatibilidad Química
- Comportamiento Mecánico Requerido
- Exposición al Intemperismo
- Eventual Daño Mecánico y Reparaciones
Las variables indicadas anteriormente no son las únicas a considerar, requiriéndose generalmente, de una evaluación más completa de la instalación de que se trata, tomando en cuenta que existen situaciones que requieren diseñar de manera más completa, no pudiendo depender exclusivamente de un producto, para impedir el acaecimiento de situaciones graves, como puede ser, por ejemplo, la fuga de sustancias peligrosas que pueden contaminar el ambiente y amenazar la salud pública, para lo cual se requiere construir SISTEMAS IMPERMEABLES, en vez de simplemente UTILIZAR PRODUCTOS IMPERMEABLES.
3.1.2. VENTAJAS DE LAS GEOMEMBRANAS
SOBRE IMPERMEABILIZACIONES CON ARCILLA COMPACTADA:
- Continuidad
Las capas de arcilla compactada contienen pequeños conductos en su masa, a través de los cuales se establece el flujo de líquidos. Estos conductos se presentan por agrietamiento, al perder humedad la arcilla. También se presentan conductos horizontales en la frontera entre las capas compactadas. La razón de esto es que las barreras de suelo no son materiales continuos, sino el producto del acomodamiento y densificación de partículas por el proceso de compactación a que se deben someter.
- Muy bajo Coeficiente de Permeabilidad
Esta propiedad es mucho menor que la correspondiente a arcillas compactadas. Se determina en forma indirecta, a través de la medición de transmisión de vapor a través de la geomembrana. Esto trae como consecuencia que se pueden construir sistemas impermeables con espesores despreciables, en lugar de tener que compactar gruesas capas de arcilla.
- Ligereza
Propiedad importante de las Geomembranas desde el punto de vista logístico, ya que se puede lograr la impermeabilización sin grandes acarreos y en lapsos muy cortos. 3.2. GEOREDES
Es una estructura de polímero manufacturada que tiene amplias aberturas lo cual mejora su interacción con el suelo o con los agregados. Las Georedes reducen el desplazamiento lateral y mejoran la estabilidad total del terraplén de tierra.
Son elementos estructurales que se utilizan para distribuir la carga que transmiten terraplenes, cimentaciones y pavimentos, así como cargas vivas, sobre terrenos de baja capacidad portante, o bien como elementos de refuerzo a la tensión unidireccional, en muros de contención y taludes reforzados que se construyen por el método de suelo reforzado.
3.2.1. TIPOS
A. POR SU FUNCIONAMIENTO
- Georedes Biaxiales, que poseen resistencia a la tensión en el sentido de su fabricación a lo largo de los rollos y también en el sentido transversal al anterior.
- Georedes Uniaxiales, que poseen resistencia a la tensión únicamente en el sentido de fabricación.
B. POR SU FLEXIBILIDAD
- Georedes Rígidos, que se fabrican mediante procesos de pre-esfuerzo del polímero, primordialmente Polipropileno y Polietileno de Alta Densidad.
- Georedes Flexibles, fabricadas mediante procesos de tejido de filamentos de alta tenacidad, que fueron previamente sometidos a un alto grado de orientación molecular; se fabrican de Poliéster.
Dado que las Georedes Uniaxiales se utilizan en estructuras cuyo comportamiento debe garantizarse por lapsos muy largos (de hasta 100 años), sus propiedades relevantes son:
- Resistencia a la Tensión
- Resistencia a Largo Plazo Bajo Carga Sostenida
- Coeficiente de Fricción en contacto con el suelo que refuerza
- Resistencia al Daño Mecánico
- Resistencia a ataque químico y biológico
Las Georedes Biaxiales funcionan mediante mecanismos de interacción con el suelo y los agregados, que les permiten tomar parte de los esfuerzos inducidos durante la construcción, mediante fuerzas de tensión que se desarrollan en el plano del material.
Por ello, las propiedades principales de las Georedes Biaxiales, directamente relacionadas con sus diversas aplicaciones, son:
- Tamaño de aberturas
- Rigidez a la flexión
- Estabilidad de Aberturas
- Módulo de Tensión
- Resistencia a la Tensión
3.3. GEOMALLAS
Son estructuras planas con forma de mallas abiertas y regulares y se utilizan por lo general para reforzar.
Existen diversos métodos para aumentar la capacidad portante o de carga de suelos muy blandos.
Existen diversos métodos para aumentar la capacidad portante o de carga de suelos muy blandos.
En la antigüedad se usaron ramas entrelazadas, troncos perpendiculares, pieles de animales o fibras naturales, entre otros. El avance en la tecnología actual ha llevado al uso de materiales geosintéticos los cuales han sido desarrollados para obtener confinamiento lateral y resistencia a la tensión, entre los cuales tenemos las geomallas.
Las geomallas son geosintéticos en grupo de costillas paralelas tensionadas con aperturas de suficiente tamaño para permitir el entrabe de suelos u otro material pétreo que se encuentre circundante en la zona.
Las más usuales y las que se encuentran con mayor frecuencia en el mercado son fabricadas a base de Polietileno de alta densidad y Poliéster.
3.3.1. Tipos
- Uniaxiales o Monorientadas: Diseñadas para el refuerzo en una sola dirección en estructuras de suelo mecánicamente estabilizado y que involucran todo tipo de material de relleno.
- Biaxiales o Biorientadas: Diseñada para refuerzos en más direcciones ya que sus costillas van de manera perpendicular formando una grilla con aperturas de suficiente tamaño para permitir el entrabe de suelos o material pétreo circundante en la zona.
3.3.2. Aplicaciones
- Estabilización de suelos blandos
- Es muy común que en las obras encontremos diferentes tipos de suelos con propiedades mecánicas y físicas diversas, así como su conformación o topografía
- Los suelos blandos, pantanosos o con baja capacidad de carga que se ven sometidos a cargas puntuales o dinámicas son un riesgo para la vida útil de las estructuras construidas sobre estos (vías pavimentadas, vías férreas, cimentaciones, plataformas, entre otros), ya que tienden a deformarse
- Un suelo reforzado con geomallas biorentadas tiende a disminuir significativamente su deformación ya que estas absorberán y distribuirán en un área mayor las cargas transmitidas.
3.3.3. Refuerzo de muros y taludes
En terrenos con topografía muy variada o accidentada, los muros de contención son una excelente alternativa para la optimización del área de construcción y obtener plataformas horizontales con la capacidad de carga requerida.
Un muro de contención tiene el propósito de mantener una diferencia entre los niveles del suelo con el objetivo de construir vías, estacionamientos, estribos de aproximación en puentes, bordos para celdas de rellenos sanitarios, rampas de acceso, diques para canales y ríos, terraplenes respetando el derecho de vía, reconstrucción de taludes naturales
Un muro de contención tiene el propósito de mantener una diferencia entre los niveles del suelo con el objetivo de construir vías, estacionamientos, estribos de aproximación en puentes, bordos para celdas de rellenos sanitarios, rampas de acceso, diques para canales y ríos, terraplenes respetando el derecho de vía, reconstrucción de taludes naturales
Con este sistema se logra que trabajen en conjunto los suelos friccionantes con su gran resistencia a la compresión y la geomalla con su gran capacidad para absorber y distribuir los esfuerzos de tensión
Las geomallas permiten crear taludes con cualquier inclinación conservando los factores de seguridad requeridos.
3.4. GEOCOMPUESTOS DE BENTONITA
Son laminaciones de bentonita de sodio confinada entre dos capas de geotextil. Se usan primordialmente en el confinamiento de substancias peligrosas, como elemento para sellar eventuales perforaciones en las Geomembranas utilizadas como barrera primaria. Se fabrican en rollos que se traslapan y unen entre sí, utilizando bentonita granular bajo los traslapes.
Su empleo requiere revisar la eventual existencia de sales de calcio que pueden afectar a la bentonita contenida en el producto.
Los Geocompuestos de bentonita laminada son materiales muy pesados ( >5 kg/m2) y requieren estar confinados para desarrollar su función sellante de orificios, derivada de la alta expansividad de la bentonita al hidratarse.
Un geocompuesto de drenaje consiste en la combinación de geotextil y geored, combinando las cualidades más sobresalientes de cada material, de tal manera que se resuelva en forma óptima la captación y conducción de fluidos.
La geored es un geosintético especialmente diseñado para la conducción de fluidos, el cual es fabricado con un material resistente a los factores térmicos, químicos y biológicos presentes en el suelo y que podrían llegar a afectar la integridad y desempeño de la estructura. La geored es un sistema romboidal formado por tendones sobrepuestos conectados entre sí, que forman canales de elevada capacidad drenante, útiles en aplicaciones de ingeniería geotécnica, ambiental, hidráulica y de transporte.
3.4.1. Clasificación
A. Geodrén PAVCO
Este tipo de geocompuesto surgió básicamente como una alternativa a los sistemas tradicionales de drenaje y para brindar un producto que tuviera la capacidad de conducir flujos en mayores cantidades que las que un geotextil puede manejar, debido a la magnitud de algunos proyectos. A continuación se mencionan los tipos de geocompuestos especiales para el control de agua en estructuras geotécnicas o de pavimento.
a. Geodrén Planar
El geodrén planar es el sistema más adecuado para captar y conducir los fluidos en su plano hacia un sistema de evacuación. Este geocompuesto se utiliza principalmente para los sistemas de drenaje en muros de contención, drenaje de terraplenes, drenaje de campos deportivos, captación de lixiviados dentro de rellenos sanitarios y sistemas de drenaje en vías.
b. Geodrén Circular
El geodrén circular es un geocompuesto que combina las excelentes propiedades hidráulicas de tres elementos que conforman al sistema: geotextil No Tejido punzonado por agujas, geored y tubería circular perforada de drenaje.
Este geocompuesto integra estos elementos para obtener un sistema prefabricado de drenaje que, instalado en zanjas o trincheras, permite captar y evacuar con alta eficiencia los fluidos.
Al igual que el geodrén planar, este sistema de drenaje con tubería se utiliza para muros de contención, rellenos sanitarios, campos deportivos, terraplenes y para los sub redes en vías, con la función adicional de evacuación de fluidos por medio de la tubería.
3.4.2. Proceso de fabricación
El proceso de fabricación del geocompuesto está elaborado principalmente por un proceso de laminación de dos capas de geotextil No Tejido punzonado por agujas y una capa de geored.
La fabricación de la geored consiste en producir mallas de polietileno de mediana o alta densidad de entramado romboidal, su proceso de fabricación es denominado extrusión integral, consiste en la extrusión del polímero hacia una matriz consistente en un rodillo contra rotatorio provisto de ranuras longitudinales en su cara exterior montado concéntricamente al interior de un cilindro hueco con ranuras idénticas en su cara interior.
El plástico extruído fluye longitudinalmente a través de las estrías mientras el rodillo y el cilindro giran en sentidos opuestos. Así, cada una de las caras ranuradas forma un plano compuesto por una serie de filetes paralelos de polímero fundido que se unen por contacto formando de este modo un tubo compuesto por el entramado de celdas romboidales. Este tubo es finalmente estirado dando el tamaño deseado de las celdas y luego cortado longitudinalmente dándole de este modo la forma de una lámina.
El proceso de laminación del geocompuesto garantiza que se genere un ángulo de fricción entre las 3 capas de materiales, indispensable cuando se trabaja en taludes con altas pendientes y asegura que el geocompuesto mantenga su estructura de pantalla drenante durante los severos procesos de instalación.
Es posible fabricar el geocompuesto de drenaje con un número mayor de redes si el caudal de diseño a transportar es mayor a la capacidad de transmisividad de la red con la finalidad de conducir por medio de la pantalla drenante, los líquidos o gases hacia el sistema de evacuación.
3.4.3. Funciones y aplicaciones
A continuación se enuncian algunas de las principales funciones realizadas por los geocompuestos de drenaje, los cuales funcionan como sistemas de drenaje en estructuras de contención, en vías, entre otras.
- Como drenaje en los espaldones de los muros de contención.
- Como drenaje debajo de las geomembranas en presas y canales.
- Como sistema de subdrenaje de campos deportivos
- Como sistema de subdrenaje debajo de la fundación de edificaciones.
- Como sistema de subdrenaje en carreteras y pistas de aterrizaje.
- Como sistema de subdrenaje debajo de terraplenes.
- En rellenos sanitarios como sistema de evacuación de gases y lixiviados.
- Sistemas de subdrenaje en sótanos.
- Sistema de drenaje de aguas de infiltración en muros de contención.
- Sistema de subdrenaje en cimentaciones.
IV. VENTAJAS DEL USO DE GEOSINTÉTICOS
Las ventajas de la utilización de estos productos en obras de ingeniería se podrían resumir en:
- una simplificación constructiva de la obra
- una reducción de los costos y plazos de ejecución
- empleo de materiales de calidad verificable
- restricción del uso de materiales naturales
La calidad de los materiales se verifica realizando ensayos sobre los mismos; existen normas para controlar las propiedades físicas, mecánicas, hidráulicas y de durabilidad. INTI Textiles, además del asesoramiento técnico que brinda, cuenta con el equipamiento y la infraestructura necesaria para controlar algunos de los parámetros de calidad de los geotextiles: hasta el momento los ensayos que se pueden realizar se refieren al control del espesor; el peso; la permeabilidad normal al agua en el plano; la resistencia a la tracción en probetas anchas y por el método de agarre; la resistencia a la penetración estática (CBR), al desgarramiento y al reventamiento.
GEOTEXTIL
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