IMPERMEABILIZACIÓN DE BALSAS CON GEOMEMBRANAS SINTÉTICAS: CONTROL Y SEGUIMIENTO

Transcripción

1 Manuel Blanco, Florencio García, Juan Carlos De Cea* y Francisco Javier Sánchez*. Laboratorio Central de Estructuras y Materiales (CEDEX). *Dirección General del Agua. Ministerio de Medio Ambiente IMPERMEABILIZACIÓN DE BALSAS CON GEOMEMBRANAS SINTÉTICAS: CONTROL Y SEGUIMIENTO 38 El control de los materiales inicialmente, se lleva a cabo a nivel de laboratorio, realizando los ensayos correspondientes para poner de manifiesto la validez de los mismos y conocer sí superan los requerimientos mínimos exigidos. En cambio, la evaluación de esos materiales una vez instalados en obra es más compleja. Se aborda en este la estrategia a seguir para la evaluación periódica de las geomembranas utilizadas en la impermeabilización de balsas, comentado el tamaño de las probetas a extraer, los ensayos a realizar según la naturaleza del material. INTRODUCCIÓN En este trabajo se trata de exponer de forma muy somera el control de seguimiento de materiales de distinta naturaleza orgánica empleados en la impermeabilización de balsas. Este tipo de controles se inició en nuestro país a finales de la década de los ochenta gracias a la colaboración entre el Gobierno de Canarias y el Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX) (1-4). Asimismo, la Dirección General del Agua del Ministerio de Medio Ambiente hace más de dos lustros ha querido llevar a cabo un programa notable de seguimiento a través de todo el territorio nacional para investigar el comportamiento de estos materiales, cumplir con la normativa vigente y, de esta forma, mejorar la durabilidad de los materiales aplicados y aumentar la seguridad de las balsas. En diversos foros se han expuesto los resultados alcanzados, así como en comunicaciones presentadas a diversos Congresos y en revistas especializadas (5-11). MATERIALES Las geomembranas sintéticas están constituidas por una resina a la que acompañan una serie de productos conocidos como aditivos, a nivel general. A la hora de redactar el proyecto para la impermeabilización de la balsa se debe elegir el tipo de geomembrana a utilizar. En ocasiones, se puede ir por el camino de los materiales de mayor tradición en este campo y con una amplia literatura científica sobre el comportamiento en servicio de los mismos. Otras veces, se puede decantar por un material de una determinada naturaleza en virtud de la tipología de balsa, de su geometría y de la ubicación de la misma. En la mayoría de los casos, por desgracia, se suele ir al material más barato, fundamentalmente, cuando la obra la realiza el pequeño usuario para el riego de sus tierras; lo malo es que lo barato, a la larga puede ser caro. Pero como técnicos tampoco se puede olvidar los nuevos materiales que la Tecnología pone a nuestra disposición y con unas prestaciones que pueden mejorar la de los materiales tradicionales. La durabilidad es otro factor importante a la hora de la elección del material. En este contexto los elastómeros presentan una larga vida; el CEDEX está llevando a cabo la evaluación periódica de una lámina de caucho butilo colocada en el azud de Matavacas (Sanlúcar de Guadiana Huelva ) hace más de treinta años (12). No obstante, la durabilidad va íntimamente ligada a la correcta formulación de la geomembrana. Una vez elegido el tipo de geomembrana se plantea a donde dirigirse para su adquisición. Conviene recurrir a una casa de experiencia y que facilite una relación de obras de probada solvencia y la acompañe con una garantía. Dicha garantía debe ser lógica para el tipo de material empleado; ocurre, en algún caso, que el técnico exige unas garantías que se salen de la

2 probable vida media del geosintético considerado y en otras, la casa comercial indica una durabilidad excesiva para el material macromolecular, con objeto de hacerse con la obra. Seleccionado ya el material, cuando el fabricante lo envíe a la zona de obras, debe aislarse adecuadamente de las inclemencias del tiempo y, fundamentalmente, evitar la incidencia de las radiaciones solares sobre el mismo, muy especialmente si se trata de determinados geosintéticos. Los materiales poliméricos que forman, mayoritariamente las láminas que constituirán las geomembranas sintéticas utilizadas en nuestro país son: Poli(cloruro de vinilo) plastificado homogéneo (PVC-P/h) Poli(cloruro de vinilo) plastificado con inserción de fibra de vidrio (PVC-P/fv) Poli(cloruro de vinilo) plastificado reforzado con tejido de hilos sintéticos (PVC-P/hs) Polietileno de alta densidad (PEAD) Polietileno de media densidad (PEMD) Polietileno de baja densidad (PEBD) Polietileno de muy baja densidad (PEMBD) Copolímero de etileno/acetato de vinilo (EVA/C) Polietileno clorosulfonado (CSM) Polipropileno (PP) Caucho de etileno-propileno-monómero diénico (EPDM) Caucho butilo (IIR) Poliolefinas (POE, TPO) CARACTERÍSTICAS INICIALES Aunque el Ingeniero puede hacer los ensayos pertinentes con materiales provenientes de distintas procedencias para conocer a un nivel previo las características de las distintas ofertas y así seleccionar un tipo de producto; además de analizar las características técnicas de la lámina que figuran en los diferentes folletos comerciales, es imprescindible analizar el material que ha llegado a la obra. Pues, en una visita técnica a la factoría o material que se envía para análisis previos, el fabricante va a mandar un buen producto, eso es evidente. Además, el fabricante puede ser excelente, pero a todo escribiente se le escapa un borrón, como cuenta el dicho popular, y por motivos diferentes una determinada anchura puede no ser buena, una temperatura que no ha llegado o que se ha pasado, unos aditivos que no eran los adecuados por que la casa suministradora habitual no dispone de ellos en ese momento y hay que localizarlos en otra, por las condiciones de transportes desde fábrica a obra no idóneas climatológicamente y por otros muchos factores. En resumen, se deben tomar muestras del material recepcionado para conocer las características iniciales del producto (13). En la actualidad la normativa europea, y por ende la española, no da unas exigencias mínimas requeridas para los distintos materiales (14-15), por ello y debido al desconocimiento existente sobre el tema, el Ministerio de Medio Ambiente, Medio Rural y Marino está elaborando un Manual de diseño, construcción, explotación y mantenimiento de balsas que en su capítulo 9º hace referencia a la impermeabilización y tendrá en cuenta, entre otros muchos temas, los requerimientos mínimos exigidos. Antes de que dicho manual, o bien las normas que el comité técnico 104 está redactando sobre puesta en obra salgan a la luz, será preciso realizar los ensayos que indique el folleto técnico suministrado por el fabricante del geosintético. Hay otro problema a tener en cuenta. Normalmente, cuando llega el material a la obra se empieza a trabajar rápidamente y no se puede esperar a que lleguen esos resultados del laboratorio, máxime cuando algunas pruebas como envejecimiento y resistencia a las raíces pueden durar meses. En estos casos, se recomienda, recurrir a unas pruebas mínimas que den una idea bastante certera de la calidad del material. Esas pruebas podrían ser las que se llevaran a cabo al realizar el seguimiento del material en el tiempo y que se citan en el siguiente apartado. SEGUIMIENTO El concepto de balsa parece tener un carácter de obra pequeña, de charca, cuando la realidad es muy diferente, tanto es así que en bastantes casos, entrarían dentro del antiguo Reglamento de Presas y Embalses como «grandes presas» (16), por lo que a la hora de su construcción hay que tenerlo muy presente y seguir, según la clasificación, lo indicado en el mismo. No obstante, se podría preguntar Cuántas balsas se construyen al margen del mismo? La respuesta sería que bastantes. Aunque la Dirección General del Agua está haciendo un gran esfuerzo en el sentido de la catalogación de las balsas existentes, lo cierto es que se desconoce con exactitud su número y ubicación, principalmente debido a que muchas son privadas. Afortunadamente, no es frecuente oír o leer en los medios de comunicación que han fallado y lo único positivo es que hasta la fecha, no ha habido victimas humanas, pero sí grandes pérdidas materiales: campos anegados, cosechas perdidas, líneas de ferrocarril levantadas, falta de transporte público 39

3 40 Fig. 1. Zona de extracción de muestras de PP en el talud norte de la balsa de La Contraviesa (Torvizcón, Granada). durante una semana, etc. Pero aparte de la idoneidad de la construcción, la falta de catalogación y otros inconvenientes, lo peor y más generalizado es no estar al tanto de las mismas hasta que ocurre algo, no hay agua para riego o suministro público, la central hidroeléctrica ha dejado de funcionar y otras situaciones semejantes. Entonces, es cuando se va a la balsa, se observa lo que pasa y se empiezan a pedir explicaciones y a buscar culpables, en muchos casos demasiado tarde. Lo anteriormente expuesto indica la necesidad, no solamente tener en cuenta las condiciones iniciales correctas desde el punto de vista constructivo y la calidad y aplicación del sistema impermeabilizante, si no vigilar la obra de una forma continua, con unos encargados de la misma que casi diariamente comprueben si hay fugas, si funcionan los drenes, si se observa alguna anormalidad en la geomembrana o cualquier otro tipo de patología. Además, como se indica en las normativas de puesta en obra hay que llevar a cabo un control en el momento de la instalación (17), así como el seguimiento de la geomembrana sintética para conocer su estado y cuando es necesario proceder a una reimpermeabilización o bien realizar algún tipo de protección puntual (18-19). Ha sido más complicada la tarea de dirimir que pruebas deberían realizarse para conocer el estado de la geomembrana, siempre ateniéndose al principio de consumir la mínima cantidad de material y obtener datos representativos del «estado del arte» en ese momento. Con pocos fallos y con muchos aciertos se fijaron una serie de pruebas que la mayoría con la experiencia obtenida figuran hoy en la normativa de puesta en obra y control de balsas. A nivel general, los ensayos que se realizan como seguimiento periódico son: Espesor Resistencia a la tracción Alargamiento en rotura Resistencia mecánica a la percusión Doblado a bajas temperaturas Resistencia a la perforación Resistencia de la soldadura por tracción Resistencia de la soldadura por pelado Microscopía óptica Microscopía electrónica de barrido Además, en función de la naturaleza de la resina que constituye la geomembrana se llevarán a cabo las siguientes pruebas: Contenido en plastificantes, resinas y cargas (en PVC-P) Esfuerzo y alargamiento en el punto de fluencia (en PEAD) Resistencia al desgarro (en PEAD) Dispersión del negro de humo (en PEAD) Dureza Shore (en PEAD y cauchos) Como se puede observar se incluyen ensayos microscópicos que analizándolos con cuidado pueden ser relevantes para determinar el estado del material en un determinado momento. TOMA DE MUESTRAS Cuál sería el lugar idóneo de extracción de material para ensayo de control? Por regla general, siempre del talud norte (orientación al sur en nuestro hemisferio) y en el área de coronación, ya que es el lugar donde las radiaciones UV procedentes del sol deterioran en mayor medida al material sintético (20-21). Al cabo de un cierto tiempo y, para comparar se puede hacer una extracción en la zona sur y con el tiempo en el este y oeste. En otras ocasiones, es recomendable elegir muestras de la zona intermedia o de intermitencias e incluso del área que está siempre cubierta por el agua, ya que aunque no es el caso más frecuente hay algunos materiales que sufren una degradación mayor por el agua que por el sol. En cualquier caso si se observa un tipo de patología en una zona determinada es allí a donde habrá que dirigirse para tomar la muestra correspondiente. No deberá olvidarse de efectuar una extracción en zona de soldadura, por la importancia que tiene la unión entre paños y los fallos que suelen suceder en sus proximidades. La figura 1 representa la zona de toma de muestras en el talud norte de coronación en la balsa de agua potable de La Contraviesa en La Alpujarra granadina que está impermeabilizada con polipropileno (PP). La

4 41 Fig. 2. Extracción de una muestra de PEMBD en la balsa de El Cerrillo del Libro (El Ejido,Almería). figura 2 muestra un momento de la extracción de polietileno de muy baja densidad (PEMBD) en la balsa almeriense de El Cerrillo del Libro. En la figura 3 se está procediendo a la extracción de una muestra de polietileno de alta densidad (PEAD) en la balsa abulense de Las Porteras. Otro problema que se tuvo que dilucidar era la época idónea para la extracción de muestras y la frecuencia. En cuanto a la época del año apropiada depende, fundamentalmente, del uso que se vaya a hacer del agua, porque conviene que el embalse se encuentre parcialmente vacío en ocasiones, para comprobar el estado de la geomembrana en su totalidad. En cuanto a la segunda cuestión planteada, esto es, la frecuencia de toma de muestras se comenzó en Canarias haciendo controles semestrales y los resultados fueron excelentes. Pero visto a distancia, se podría efectuar de una forma anual; en este punto las normas españolas ya hablan del tema y hacen las correspondientes recomendaciones. De todos modos, hay que tener en cuenta el estado de la geomembrana y el tiempo que lleva instalada; un buen producto colocado recientemente no debería ser motivo de una toma de muestras prematura; ahora bien láminas que llevan instaladas más tiempo que el de su vida útil necesitarían una vigilancia especial desde el punto de vista de control. La realización de las pruebas de seguimiento hace necesario la toma de muestras de una forma periódica. Dicha extracción de material debe realizarse con cuidado y restituir con un parche la zona afectada, pues se trata de un ensayo destructivo. En la figura 4 se procede a la reposición de material en la zona de extracción en la balsa herreña de El Golfo impermeabilizada con el caucho de etileno-propileno-monómero diénico (EPDM); la figura 5 muestra el parche de poli(cloruro de vinilo) plastificado repuesto en el área de toma de muestras en la balsa omnubense de Los Machos. La cantidad de material a extraer debe ser del orden de 40x30 cm además de la suficiente de la zona de unión entre paños. Lo anteriormente expuesto es Fig. 3. Toma de muestras de PEAD en la balsa de Las Porteras (La Nava de Arévalo-Ávila).

5 42 Fig. 4. Reposición de material, EPDM, en el área de extracción de muestras en la balsa de El Golfo (Frontera, isla de El Hierro). aplicable a las geomembranas; el tratamiento de otros geosintéticos (geotextiles, geodrenes,...) es diferente pues precisan mayor cantidad de material debido a su naturaleza textil. tanto en zonas de coronación, intermedias y próximas al agua, así como en la solera. Se puede preguntar si los resultados obtenidos en los mencionados probetarios son los mismos que los Probetarios Como lo que se hace es introducir un parche en el sistema impermeable y con el fin de deteriorar lo menos posible a la geomembrana, fundamentalmente en los primeros años y hacer, incluso, más económico el proceso de toma de muestras se recomienda la colocación de unos probetarios del mismo material soldados a la lámina principal. Dichos probetarios deberán llevar la soldadura correspondiente hecha en el momento de la instalación, tal y como se indica en la figura 6 (22-23). Dónde y cuantos probetarios se deben colocar? El número de ellos es función de la capacidad de la balsa. Si es muy pequeña quizás que con uno podría ser suficiente. En balsas de cierta entidad habría que colocarlos en la dirección de los cuatro puntos cardinales, Fig. 5. Material de reposición en la zona norte de coronación de la balsa de Los Machos (Lepe, Huelva) impermeabilizada con PVC-P. Fig. 6. Probetario para geomembranas (Continúa en pág. 44)

6 (Viene de pág. 42) 44 Fig. 7. Probetario de PEAD instalado en la balsa de Moguer (Palos de la Frontera, Huelva). alcanzados con las muestras extraídas de la geomembrana que forma parte del sistema impermeabilizante. La contestación es que los datos obtenidos experimentalmente son bastante aproximados, si bien no son exactamente iguales debido a que las tensiones y procesos de expansión-retracción, especialmente notables en los termoplásticos, son muy diferentes entre lo que puede soportar la geomembrana y un simple probetario. La figura 7 presenta el probetario instalado en la balsa de Moguer (Huelva) cuya geomembrana impermeabilizante fue polietileno de alta densidad. BABEROS En el epígrafe anterior se ha mencionado que, en general, y para cualquier tipo de material macromolecular ya sea termoplástico o termoestable, la zona a la intemperie, es decir la parte no cubierta es la más afectada por el sol y por ello la que soporta una mayor y más pronta degradación. Una buena costumbre, es colocar en las proximidades del botaolas y a lo largo de todo el perímetro de coronación una lámina de la misma naturaleza de la geomembrana, que incluso puede ser de inferior calidad, pues no actúa como impermeabilizante para proteger a la membrana propiamente dicha (Fig. 8). Es decir la lámina que constituye el babero hace de protector y su anchura no se precisa que llegue a más 50 cm. Los gastos añadidos que presenta esta instalación se ven recompensados, notablemente, cuando se tenga que reimpermeabilizar, pues al estar esa zona de la lámina en muy buen estado se puede anclar la nueva membrana y de esa forma evitar retirar el botaolas, actuar sobre la zanja de anclaje y volver a poner el pretil de coronación. Esta operación acarrea tiempo y dinero. Una costumbre, afortunadamente, cada vez menos arraigada es hacer este babero de un geotextil, pero no se recomienda pues el deterioro del mismo es muy rápido y lo que al principio se podría pensar útil al final no es rentable. REIMPERMEABILIZACIONES En el caso de proceder a una reimpermeabilización se ha de tener en cuenta si la nueva lámina es de la misma naturaleza que la vieja, pues no existiría problema de incompatibilidad. Sin embargo, si se va a colocar un poli(cloruro de vinilo) plastificado sobre otra geomembrana puede producirse una migración del plastificante desde la lámina nueva a la vieja con lo que el deterioro del sistema impermeabilizante se acelera notablemente (24-25). Otro tema candente relacionado con las reimpermeabilizaciones es si se elimina la lámina deteriorada o si se deja por debajo a modo de colchón. Cada proyectista tiene su opinión y sus costumbres, hay casos en que se elimina y otros en que se deja, previa perforación de la misma para evitar bolsas de agua entre las dos. La eliminación de la degradada en ciertos casos causa problemas por no saber donde colocarla o llevarla a un depósito o vertedero debido a la cantidad de metros cuadrados que representa, además la operación es costosa. La permanencia de la lámina anterior, según algunos, mejoraría ciertas características como punzo-

7 namientos o ataque por raíces, sobre todo cuando el material empieza a deteriorarse. Una solución que se emplea, casi siempre, es la colocación de un geotextil entre las dos láminas. COMENTARIOS 1.- Este prolongado estudio en el tiempo ha considerado un amplio abanico de geomembranas todas ellas adecuadas para esta aplicación. De todos los materiales investigados no se puede decir cual es el idóneo ya que todos bien formulados y mejor aplicados deben conducir al éxito de la obra. Unos presentan unas características determinadas excelentes bajo un punto de vista; otros, sin embargo los superan en otras propiedades. Por tanto, la elección se llevará a cabo en función de las necesidades y particularidades de la obra específica. 2.- Cuando exista una normativa deberá aplicarse tanto para el material como para su puesta en obra. 3.- A la hora de la toma de muestras periódicas en la obra se tendrá en cuenta que la zona con más probabilidades de degradación es la referida al talud norte, como consecuencia de estar más afectada por las radiaciones UV procedentes del sol. 4.- En general, si se tuviese que seleccionar un ensayo para evaluar el estado de una geomembrana de cualquier material sintético habría que recurrir a las características de tracción, seguidas de todas las pruebas relacionadas con el impacto dinámico o estático y el doblado a bajas temperaturas. En el caso particular del poli(cloruro de vinilo) plastificado es fundamental determinar su contenido en plastificantes. 5.- En un control periódico no se olvidará comprobar el estado de las uniones entre paños, tanto las realizadas en fábrica o taller como las efectuadas en obra y, principalmente, estas últimas por la cantidad de factores que confluyen en las mismas. Cambios de temperatura ambiente, humedad, temperatura de ejecución, suciedad, presión sobre el solapo y un amplio etcétera. Las pruebas a realizar de la resistencia de la soldadura se llevarán a cabo tanto por los procedimientos de tracción como de pelado. 6.- Los estudios microscópicos ya sea por vía óptica de reflexión, ya sea por «scanner» son bastante concluyentes para conocer el estado del geosintético en un momento determinado y para seguir su evolución. 7.- Es preciso recordar la importancia de la vigilancia continuada de la balsa, en general, y de su impermeabilización, en particular. 8.- Por último, el control periódico de las geomembranas sintéticas con sus visitas de inspección, extrac- ción de muestras y posterior análisis en el laboratorio permiten evaluar el estado de los materiales instalados en el tiempo y determinar cuando hay que proceder a una reparación parcial o bien a la reimpermeabilización de los mismos, antes de que sea demasiado tarde y las consecuencias sean graves. BIBLIOGRAFIA 1. AGUIAR, E. y BLANCO, M.- Experience in Connection with the Performance of Plasticized poly(vinyl chloride) Sheeting in Tenerife Basin Sealing. Proc. Symposium on «Research and Development in the Field of Dams», Crans-Montana (Suiza), septiembre BLANCO, M. y AGUIAR, E.- Geomembranas sintéticas a base de polietileno de alta densidad utilizadas en la impermeabilización de embalses. Seguimiento de obras en las islas Canarias. Ing. Civil (1.998). 3. BLANCO, M. y AGUIAR, E.- Aspectos más relevantes del comportamiento en obra de los materiales sintéticos utilizados como geomembranas impermeabilizantes de embalses ubicados en la Comunidad Autónoma de Canarias». Ing. Civil (2.000). 4. AGUIAR, E.; BLANCO, M.; LEIRO, A.; SOLERA, R. y SORIANO, J.- Comportamiento en obra de los materiales sintéticos utilizados como impermeabilizantes en embalses en la Comunidad Autónoma de Canarias. XXIX Jornadas Sudamericanas de Ingeniería Estructural. Punta del Este (Uruguay). (2.000). 5. BLANCO, M.; ZARAGOZA, G. y AGUIAR, E.- Características de las geomembranas sintéticas de uso Fig. 8. Babero de protección en las proximidades del botaolas 45

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