Según la International

Transcripción

1 Aplicación de los geosintéticos en las obras públicas Los materiales poliméricos están experimentando un gran desarrollo debido a los grandes avances en investigación, y se están aplicando rápidamente a numerosos sectores industriales; entre ellos, hay que destacar para la aplicación en las obras públicas, los materiales geosintéticos, descrita en el presente artículo. Se hace una clasificación de los mismos, y se detallan sus principales aplicaciones. Por: Rubén Tino Ramos, Ingeniero Técnico de Obras Públicas y Técnico Superior de Prevención de Riesgos Laborales. Jefe de Sección de la Unidad de Carreteras de Zamora del Ministerio de Fomento. Según la International Geosynthetics Society, se denomina geosintético a los materiales fabricados con polímeros (en su mayoría polipropileno, y, en ocasiones, poliéster, polietileno, etc,..) y que se emplean para mejorar, aumentar y hacer más económicos diversos tipos de proyectos tales como los medioambientales, infraestructuras de transporte, obras geotécnicas, hidráulicas, carreteras, etc. Básicamente se pueden distinguir los siguientes tipos de geosintéticos: geotextiles, geomallas, georedes, geomembranas, geoesteras, geocélulas y geocompuestos. Se usan con las siguientes funciones: separación, refuerzo, filtración, drenaje y creación de barreras impermeables. Existen otras funciones subalternas, como protección, control de la erosión y vegetación. En la actualidad la definición de toda la gama de estos productos se recoge en la norma UNE También la ASTM recoge las definiciones en su norma a) GEOTEXTILES DEFINICIONES Según el artículo 290 del Pliego de Prescripciones técnicas generales para obra de carreteras y puentes, llamamos geotextil al Material textil plano, permeable, polimérico (sintético o natural) que puede ser no-tejido, tricotado o tejido, y que se emplea en ingeniería civil en contacto tanto con suelos como con otros materiales para aplicaciones geotécnicas. El geotextil no-tejido consiste en un geotextil en forma de lámina plana, con fibras, filamentos u otros elementos orientados regular o aleatoriamente, unidos químicamente, mecánicamente o por medio de calor, o por combinación de ellos. Pueden ser de fibra cortada o de filamento continuo. Dependiendo de la técnica empleada en la unión de sus filamentos, pueden ser: Ligados mecánicamente o agujeteados. Ligados térmicamente o termosoldados. Ligados químicamente. 1.- Geotextiles no tejidos, ligados mecánicamente (Agujeteados).- La unión es mecánica, y en ella un gran número de agujas provistas de espigas atraviesan la estructura en un movimiento alterno rápido. 2.- Geotextiles no tejidos, ligados térmicamente.- La unión entre los filamentos se consigue por calandrado (acción conjugada de calor y presión). 3.- Geotextiles no tejidos, ligados químicamente.- La unión entre sus filamentos se consigue mediante una resina. Geotextil tricotado.- Geotextil fabricado por el entrelazado de hilos, fibras, filamentos u otros elementos. Geotextil tejido.- Geotextil fabricado al entrelazar, generalmente en ángulo recto, dos o más conjuntos

2 de hilos, fibras, filamentos, cintas u otros elementos. Se fabrican con resinas polímericas biológicas y químicamente inertes, resistentes a las diversas condiciones de los suelos, formando mallas cuyas funciones principales se basan en su capacidad drenante y en su resistencia mecánica a la perforación y tracción. Además de ser empleados en la preparación y sellado de vertederos, son de aplicación en la construcción de subbases de carreteras, repavimentaciones y líneas férreas, en encauzamientos, canales y presas tiende de igual modo entre distintas evitando erosiones, en conducciones y drenajes como protección anticolmatación, en muros de contención, balsas, canales y túneles como refuerzo y drenaje del terreno, etc. Las funciones principales de los geotextiles son: Separación: Impide la contaminación de los agregados seleccionados, en el suelo natural. Refuerzo: Todo suelo tiene una baja resistencia a la tensión. El geotextil absorbe los esfuerzos de tensión que el suelo no posee. Filtración: Permite el paso del agua a través de sus poros, impidiendo que las partículas finas del suelo traspasen el geotextil. Drenaje Planar: Drena el agua en el plano del geotextil, evitando el desarrollo de la presión de poros en la masa del suelo. Barrera Impermeable: Los geotextiles no tejidos, al impregnarse con asfalto, elastómeros u otro tipo de mezclas poliméricas, crean una barrera impermeable contra líquidos. Protección: Gracias al espesor y a la masa de los geotextiles no teji- dos, éstos absorben los esfuerzos inducidos por objetos angulosos o punzantes, protegiendo materiales laminares como es el caso de las geomembranas. b) Geomallas Es una estructura de forma plana, a base de polímeros, química y biológicamente inertes, resistentes a procesos degenerativos de los suelos, que conforma una red regular con todos sus elementos conectados de forma integrada, ya sea por extrusión, soldadura o tejido, cuyas aberturas son usualmente mayores que los componentes del suelo natural y son usadas en aplicaciones como geotécnia, protección ambiental, hidráulica e ingeniería vial. Las funciones principales que cumple son de refuerzo y estabilización superficial. Los tipos de Geomallas son: Geomalla Unidireccional: Es una estructura plana producida a base de polietileno de alta densidad en un proceso de extrusión siguiendo un estiramiento en un solo sentido (el que ofrece mayor resistencia a la tensión). Geomalla Bidireccional: Es una estructura plana manufacturada en polipropileno, químicamente inerte y con características de uniformidad y homogeneidad, producida en un proceso de extrusión siguiendo un estiramiento longitudinal y transversal ofreciendo igual resistencia en ambos sentidos. Su aplicación principal es para trabajos de refuerzo de terraplenes, pudiendo así diseñarlos con taludes mucho más verticales, y para incremento de la capacidad portante de bases y subbases de carreteras, produciendo así significativos ahorros en sus espesores y evitando movimientos diferenciales que acaban produciendo baches en el asfalto. También se utilizan en estabilizaciones de estabilización de taludes, gaviones, obras marinas, terraplenes y otros. c) Geo-redes Las georedes están compuestas por una estructura de dos y tres dimensiones de capas y filamentos paralelos entretejidos que crean canales de gran capacidad de flujo y drenaje. Se construyen por extrusión de Polietileno de Alta Densidad (HDPE) y son resistentes a agentes químicos y biológicos que normalmente presenta el suelo y los desechos. También se utilizan para resistir contra la degradación de rayos UV. Las geo-redes bi-planares incorporan 2 nervaduras superpuestas en ángulo respecto a la dirección del 33

3 flujo de los lixiviados. Estas uniones se dirigen en la dirección del flujo. Además, provocan la intrusión del geotextil limitando la capacidad de drenaje. Por todo ello, se ha desarrollado estructuras tridimensionales con elementos verticales rígidos. Sus nervaduras aumentan significativamente la capacidad de tensión y resistencia a la compresión de la geored. Estas nervaduras están también soportadas por estructuras planas que reducen la intrusión y perdida de flujo de la sección de drenaje. El conjunto permite obtener altos índices de flujo en la vida útil de la estructura, y no solo por algunas horas. En la geored biplanar, por tanto, el flujo es igual en todas las direcciones mientras que en el triplanar es mucho mayor. Las georedes sustituyen a los materiales naturales como arena y grava, y resuelven gran parte de los problemas asociados a los materiales naturales. De hecho, el uso de materiales naturales crea limitaciones de construcción y calidad tales como: estabilidad de taludes laterales, daños a las geomembranas y consistencia en la calidad y los espesores de los rellenos. d) Geomembranas Laminas de impermeabilización, cuya función principal es evitar el paso de agua y que se emplean en 34 sistemas de impermeabilización tales como: túneles, vertederos, depósitos, almacenamiento de agua ó cubiertas planas de edificación. Están fabricadas por diferentes tipos de resinas: caucho sintético, polipropileno, clorosulfunado, cloruro de polivinilo, polietileno de alta, media y de baja densidad. La aplicación principal de las geomembranas es la impermeabilización en obras civiles, geotécnicas y ambientales en trabajos de manejo de desechos sólidos, rellenos sanitarios, lagunas de oxidación, minería, riego, acuicultura, agricultura, proyectos hidráulicos, canales de conducción, almacenamiento, lagunas de tratamiento de desechos de crudo, etc. Tipos de Geomembranas GEOMEMBRANAS PVC (Cloruro de Polivinilo): Son láminas impermeables fabricadas con resinas de PVC utilizando tecnologías que garantizan la calidad y uniformidad de la membrana GEOMEMBRANAS DE POLIETILIENO: Son láminas impermeables fabricadas a partir de resinas poliméricas formuladas para determinados usos cuya principal característica es una baja permeabilidad, flexibilidad y una alta resistencia, y su aplicación es la contención de líquidos. Son a prueba de rayos U.V. lo que le confiere una alta durabilidad y resistencia a la intemperie. También son resistentes a álcalis y ácidos así como termosellables. Polietileno de Alta Densidad (HDPE): El HDPE es el producto más usado para el revestimiento en depósitos de desechos sólidos de minas, rellenos y otras aplicaciones de contención de líquidos (es el indicado para proyectos donde el requerimiento de permeabilidad sea bajo y la resistencia a los rayos UV y químicos sea excepcionalmente alto). Polietileno de Baja Densidad (VFPE): Las excelentes propiedades de elongación del polietileno de baja densidad, le permiten a la geomembrana un flexible acomodamiento a las superficies irregulares del terreno lo cual evita el punzonamiento en el material. Polietileno Coextruido: mejora la resistencia a las fuerzas de punzonamiento de la superficie del terreno. Se compone de una capa capa de polietileno de baja densidad (VFPE) extruida entre dos capas de HDPE, obteniendo como resultado excelentes características de elongación, acomodándose a las irregularidades del terreno o a los agregados puestos sobre él. GEOMEMBRANA DE POLIPROPILENO: Los revestimientos de polipropileno reforzados con tela son livianos, lo que le permite gran flexibilidad para la fabricación de paneles de gran tamaño. Presentan una excelente estabilidad dimensional y características optimas para su instalación en superficies planas, así como gran resistencia a las bajas temperaturas y a las rajadura provocadas por condiciones ambientales. Son ideales para contener hidrocarburos. GEOMEMBRANA DE POLIURETANO: Diseñado especialmente para contención secundaria de combusti-

4 La idea básica que se encuentra detrás de los materiales geocompuestos es la de combinar los mejores propiedades de diferentes materiales, de forma que se resuelva un determinado problebles tales como combustibles diesel, combustibles de avión, y gasolinas que contengan un máximo de 40% de volátiles. Ofrece asimismo excelentes características para la contención de amplias áreas principalmente las de contención bajo tierra, además de ofrecer resistencia a una amplia de químicos y combustibles. Consiste en una capa de uretano cubierta de material poliéster, haciéndola extremadamente flexible y resistente a la punción. GEOMEMBRANA ELVALOY: La necesidad de contar con una membrana diseña especialmente para contener hidrocarburos y otros líquidos agresivos, dio como resultado el polímero Elvaloy. (Elvaloy es un modificador de resina para PVC. Las formulaciones varían desde texturas suaves, secas, y similares al cuero hasta materiales símil caucho con un costo relativamente bajo. Posee un excelente desempeño para el pavimento en carreteras, sistemas de cobertura de tejados y frente a otros plásticos incluso PVC, ABS, PET y PP.) La geomembrana está compuesta por un tejido de fibras de poliéster cubiertos molecularmente con sofisticados compuestos que son mínimamente degradables (Elvaloy) ante condiciones ambientales adversas. e) Geoesteras En algunas ocasiones también llamadas geomatrices o mantas; se usan principalmente para el control de erosión. Son elementos bi o tridimensionales que permiten el crecimiento, en su seno, de materia vegetal, evitando que erosione el talud que se revegeta. Se fabrican generalmente de materiales tejidos, tridimensionales, permeables al agua pero que retienen los sólidos y permiten el crecimiento de las raíces y tallos. 36 Una Geoestera bi-dimensional está compuesta, por ejemplo, por tres capas de mallas bi-orientadas de polipropileno. Estas estructuras en general, alojan el suelo vegetal y permiten que se afiance el crecimiento de las raíces de las plantas, obteniendo un bloque uniforme de vegetación. Una Geoestera tri-dimensional esté compuesta, por ejemplo, por dos capas externas de redes planas, las cuales proporcionan buena resistencia a la tensión, y una capa central corrugada mecánicamente, la cual permite a la Geoestera mantener su espesor (aprox. 20 mm), dándole resistencia a la compresión cuando esta es cubierta con tierra vegetal. Se colocan sobre el talud por proteger, sujetando la manta al terreno, anclándola en sus orillas y en partes intermedias, si el talud es muy largo. f) Geocélulas La geocélula está formada por una serie de tiras de polietileno de alta densidad HDPE unidas entre sí conformando secciones extremadamente fuertes y formando estructuras celulares o de nido de abeja al expandirse. Esta estructura le dota de una rigidez capaz de soportar las presiones originadas por la erosión y de una estabilidad suficiente para evitar desprendimientos. Es un material resistente a los rayos ultravioletas y es capaz de aguantar temperaturas extremas. (Desde -70 hasta 70 º Centígrados.) La aplicación principal de las geocélulas es la protección de taludes y muros de contención; también es habitual su uso para el asentamiento de las márgenes de ríos, canales, etc. El funcionamiento de la geocélula a la hora de proteger taludes es sencillo: La tierra, al quedar reducida en la célula, posibilita que la vegetación tenga tiempo de enraizar, dando consistencia y seguridad a todo el conjunto. Tipos de Geocelulas GEOCELULAS CON PAREDES TEX- TURIZADAS: Para lograr gran interacción friccional entre las paredes y el relleno. GEOCELULAS CON PAREDES PER- FORADAS: Para crear celdas permeables, estables y con gran interacción friccional que permiten que el agua y los nutrientes fluyan entre las distintas celdas, posibilitando un crecimiento de la vegetación más rápido. Cuando la pendiente es más pronunciada, se recomienda la colocación de las células una encima de otra, formando muros de contención. Las ventajas del uso de geocélulas frente a los tradicionales muros de hormigón escolleras son: Facilidad de instalación. Al ser un material ligero, puede ser colocado por un número reducido de operarios y con una inversión mínima en maquinaria. En resumen, la instalación es un proceso más rápido, sencillo y económico que el levantamiento de muros de piedra u hormigón. Una vez colocado, se recubre rápidamente de vegetación, dando origen a lo que se llaman muros verdes o muros ecológicos. g) Geocompuestos

5 UNE-EN 13256:2001 Geotextiles y productos relacionama de una forma optima. Los geocompuestos generalmente están compuestos de materiales sintéticos, aunque no siempre. Algunas veces puede resultar más ventajoso usar un material no-sintético combinado con uno sintético para obtener un comportamiento óptimo y/o minimizar los costos. Como se ve, el número de posibilidades es casi infinito y los únicos límites son el ingenio y la imaginación. Las funciones básicas de un geocompuesto son: separación, refuerzo, filtración, drenaje y contención, siendo habitualmente una combinación de dos o más de estas. Están compuestos por un geotextil y un producto relacionado. Dependiendo del tipo de producto relacionado empleado, estos pueden ser: GEOCOMPUESTO DRENANTE: Formado por geotextiles y estructuras alveolares y cuya función principal es drenar. Dependiendo de la utilización que vayan a tener, estos pueden ser: Muros, para Superficies Horizontales ó taludes, para zanjas, etc. GEOCOMPUESTOS DE REFUERZO: Formados por un geotextil y una geomalla. Se utilizan en muros de contención ó como refuerzo en base de terraplenes cuando puede haber falla de talud. GEOCOMPUESTOS FILTRANTES EN OBRA HIDRÁULICA: Formados por dos geotextiles, uno de protección contra el punzonamiento y otro de filtro. Se utilizan cuando hay grandes bloques de escollera que lo pueden perforar. Su función es de protección en taludes y fondo de encauzamientos, dejando una libre circulación de agua y evitando la migración de finos de los taludes y fondo del encauzamiento BIBLIOGRAFÍA Pliego de prescripciones técnicas generales para obras de carreteras y puentes (artículos 290 y 422). UNE 40523:1988 Vocabulario de los geotextiles. UNE-CR ISO 13434:1999 Guía para la durabilidad de los geotextiles y los productos relacionados (ISO/TR 13434:1998). UNE-EN 918:1996 Geotextiles y productos relacionados. Ensayo de perforación dinámica (ensayo por caída de un cono). UNE-EN 963:1995 Geotextiles y productos relacionados. Toma de muestras y preparación de las probetas para ensayo. UNE-EN 964-1:1995 Geotextiles y productos relacionados. Determinación del espesor a presiones especificadas. Parte 1: Capas individuales. UNE-EN 965:1995 Geotextiles y productos relacionados. Determinación de la masa por unidad de superficie. UNE-EN 12224:2001 Geotextiles y productos relacionados. Determinación de la resistencia al envejecimiento a la intemperie. UNE-EN 12225:2001 Geotextiles y productos relacionados. Método para determinar la resistencia microbiológica mediante un ensayo de enterramiento en el suelo. UNE-EN 12226:2001 Geotextiles y productos relacionados. Ensayos generales para la evaluación después del ensayo de durabilidad. UNE-EN 12447:2002 Geotextiles y productos relacionados. Método de ensayo selectivo para la determinación de la resistencia a la hidrólisis en agua. UNE-EN 13249:2001 Geotextiles y carreteras y otras zonas de tráfico (excluyendo las vías férreas y las capas de rodadura asfáltica). UNE-EN 13250:2001 Geotextiles y para su uso en construcciones ferroviarias. UNE-EN 13251:2001 Geotextiles y para su uso en movimientos de tierras, cimentaciones y estructuras de contención. UNE-EN 13252:2001 Geotextiles y para su uso en sistemas de drenaje. UNE-EN 13252:2002 ERRATUM. Requisitos para su uso en sistemas de drenaje. UNE-EN 13253:2001 Geotextiles y para su uso en obras para el control de la erosión (protección costera y revestimiento de taludes). UNE-EN 13254:2001 Geotextiles y embalses y presas. UNE-EN 13255:2001 Geotextiles y canales. UNE-EN 13256:2001 Geotextiles y túneles y estructuras subterráneas. UNE-EN 13255:2001. Requisitos para su uso en la construcción de canales. 37

6 dos. Requisitos para su uso en la construcción de túneles y estructuras subterráneas. UNE-EN 13257:2001. Requisitos para su uso en los vertederos de residuos sólidos. UNE-EN 13265:2001. Requisitos para su uso en proyectos de contenedores de residuos líquidos. UNE-EN 14030:2002. Método de ensayo selectivo para la determinación de la resistencia a los líquidos ácidos y alcalinos. (ISO/TR 12960:1998, modificado). UNE-EN ISO :2002 Plásticos. Símbolos y abreviaturas. Parte 1: Polímeros de base y sus características especiales. (ISO :2001). UNE-EN ISO 10319:1996 Geotextiles. Ensayo de tracción para probetas anchas. (ISO 10319:1993). UNE-EN ISO 10320:1999 Identificación in situ. (ISO 10320:1999). UNE-EN ISO 10321:1996 Geotextiles. Ensayo de tracción de uniones/costuras por el método de la banda ancha. (ISO 10321:1992). UNE-EN ISO 11058:1999 Determinación de las características de permeabilidad al agua perpendicularmente al plano sin carga. (ISO 11058:1999). UNE-EN ISO 12236:1996 Ensayo de punzonado estático (ensayo CBR). (ISO 12236:1996). UNE-EN ISO 12956:1999 Determinación de la medida de abertura característica. (ISO 12956:1999). UNE-EN ISO 12958:1999 Determinación de la capacidad de flujo en su plano. (ISO 12958:1999). UNE-EN ISO 13431:2000. Determinación del comportamiento a la fluencia en tracción y a la rotura a la fluencia en tracción. (ISO 13431:1999). UNE-ENV 12447:1998 Método para la determinación de la resistencia a la hidrólisis. Información. UNE-ENV ISO :1998 Procedimiento para simular el deterioro durante la instalación. Parte 1: Instalación en materiales granulares. (ISO/TR :1998). UNE-ENV ISO 12960:1999 Método de ensayo para determinar la resistencia a los líquidos. (ISO/TR 12960:1998). Información UNE-ENV ISO 13438:1999 Método de ensayo de protección para la determinación de la resistencia a la oxidación. (ISO/TR 13438:1999). Datos suministrados por las empresas: Cidelsa, Tenax, Gruposamen, Arco system, Uralita, Fosroc y Amoco. CARACTERIZACIÓN DE GEO- SINTÉTICOS PARA USO VIAL Gerardo Botasso, Centro de Investigaciones Viales, UTN Facultad Regional La Plata.