1. INTRODUCCIN:
2. ANTECEDENTES:La historia muestra que desde la antigedad, se
iniciaron las aplicaciones para aumentar la capacidad de soporte de
los suelos blandos y uno de los tantos mtodos ideados para lograr
tal objetivo fue la incorporacin de algn tipo de elemento dentro
del suelo para mejorar sus propiedades mecnicas. Fue as como los
babilonios utilizaron las ramas de palmera entrelazadas con el fin
de retener el material durante la construccin de sus obras
verticales y de forma similar, en la Muralla China, se usaron ramas
de plantas, entre ellas palmeras, para reforzar la arcilla y la
arena en algunas partes o secciones. Lo anterior permiti evidenciar
con hechos que por medio del confinamiento lateral de los
materiales se lograba suministrar resistencia de los mismos a la
traccin. En otros casos, las culturas antiguas colocaban troncos de
madera en forma perpendicular, lo cual es considerado como el
principio de los geosintticos conocidos en la actualidad como
geoceldas y geomallas, siendo su funcin principal la de brindar el
confinamiento lateral y la resistencia a traccin en suelos. Para el
caso de obras que fueron ejecutadas para el uso de los ejrcitos,
fue la Armada Britnica hacia el ao 1800, quien implement pruebas
para demostrar de forma emprica, la disminucin de la presin lateral
en muros de contencin al reforzarse con capas horizontales de
madera o lona. En algunas partes del mundo se utiliz otro tipo de
mtodos constructivos que involucraron la utilizacin de pieles de
animales para separar los suelos blandos de los suelos superiores o
de la estructura superior. Con el uso de arena o grava conformada
por capas intermedias, se consigui que las aguas drenaran evitando
de esta forma su estancamiento a la vez que se disminua la presin
de poros o intersticial. En la actualidad, los proyectos en sus
diseos, ya incluyen los geotextiles y/o geosintticos con el fin de
llevar a cabo el control del drenaje y la separacin de materiales
nuevos con materiales existentes.Hacia el ao 1926, se llev a cabo
el primer experimento usando fibras sintticas para el refuerzo de
una estructura de pavimentacin. La entidad encargada de tal fin fue
el Departamento de Vas de Carolina del Sur en Estados Unidos y el
ensayo consisti en colocar encima de la base granular de un
pavimento flexible una capa gruesa de algodn sobre la cual se
esparci asfalto caliente y sobre ste a su vez se coloc una capa de
arena de espesor pequeo. Los resultados del experimento se
publicaron 1935 y stos demostraron que se logr reducir la fisuracin
y el agrietamiento en la estructura, as como el mejoramiento de las
condiciones de servicio antes de que la fibra tuviera su total
deterioro. En la Guerra del Golfo, el ejrcito de los Estados Unidos
utiliz geoceldas para confinar la arena de los sitios de
desplazamiento con el fin de lograr mayor rapidez en la movilizacin
de sus tropas; as, se logr aumentar la capacidad de soporte que a
su vez permiti al ejrcito poder crear nuevos caminos para el acceso
de vehculos pesados con mayor facilidad y velocidad.En el siglo
XXI, el uso de la geomalla en repavimentacin, ha tomado enorme
fuerza en muchos pases, por la reduccin en los costos de
mantenimiento de las vas en pavimento flexible, tras incrementarse
la vida til de los pavimentos, siendo sta la principal funcin de
las geomallas como mtodo de extender la vida til de las capas
asflticas sin que se presente fisuracin temprana. Cabe mencionar
que uno de los avances en tecnologa ms importantes en la
construccin, es el uso materiales geosintticos. Estos materiales se
han desarrollado tanto, que en la actualidad dichos materiales
pueden ofrecer caractersticas de resistencia similares o inclusive
ms altas que las del acero, a su vez que no tienen la desventaja de
la corrosin.3. DEFINICIN:La Sociedad Internacional de Geosintticos
(IGS) los define como:Materiales fabricados con polmeros
(polipropileno, polister, polietileno, etc.,..) y que se emplean
para mejorar, aumentar y hacer ms econmicos proyectos
medioambientales, de las infraestructuras de transporte y de obras
geotcnicas e hidrulicas.4. COMPONENTES:El comportamiento
biodegradable de la mayora de las materias utilizadas en la
industria textil ha conducido a los fabricantes a orientarse hacia
el empleo de polmeros de sntesis en la elaboracin de
geosintticos.Las familias de polmeros ms frecuentes son las
siguientes:Poliamidas: La familia de poliamidas es grande, si bien
en la industria textil solo se utilizan los derivados lineales.
Aunque se trate de materiales con una gran inercia qumica hay que
destacar su carcter hidrolizable, en medios prximos a la saturacin
estos polmeros pueden perder hasta un 20% o un 30% de su
resistencia a traccin. Son materiales difcilmente inflamables con
una elevada resistencia a la abrasin y buen comportamiento a
fluencia, lo que les concierte en materiales muy tiles en
construcciones de tierra. Las dos variedades ms empleadas en la
fabricacin de geosintticos son la PA-6 y la PA-66, ambas obtenidas
a partir de derivados del petrleo.Poliolefinas: Se utilizan
bsicamente el polietileno y el polipropileno. La caracterstica
principal de esta familia de polmeros es su total insensibilidad a
contracciones pequeas y medianas de productos qumicos. Son materias
fcilmente inflamables, con altas deformaciones en la rotura y poca
resistencia a fluencia.El polietileno se emplea tanto de baja como
alta densidad, siendo ms utilizado en la fabricacin de geotextiles
de alta densidad, debido a su mayor grado de cristalizacin que
proporciona rigideces ms altas y una mayor estabilidad qumica.El
polipropileno es, en cambio, un polmero de baja densidad, que se
emplea en fabricacin de geotextiles en sus variedades con mayor
grado de cristalizacin.Polisteres: Presentan mdulos de deformacin
elevados, baja deformabilidad y buen comportamiento a fluencia.
Pueden ser hidrolizados a valores con pH muy altos. Se trata de
materiales resistentes a los disolventes, al agua del mar y a los
cidos, siendo sensibles a productos bsicos slo para valores de pH
superiores a 11.Las propiedades de las diversas materias primas no
permiten conocer de forma absoluta las propiedades del geosinttico,
que suelen estar condicionadas fundamentalmente por el proceso de
fabricacin. En la Tabla 1 se comparan de forma resumida las
propiedades de los diferentes polmeros utilizados en la fabricacin
de geosintticos.En la mayora de los casos, a estos polmeros se les
aaden pequeas cantidades de sustancias que mejoran sus propiedades.
Estos aditivos deben cumplir las siguientes condiciones: Ser
eficientes en su accin. Ser estables durante el procesado y
servicio. No sufrir sangrado o exudaciones. No ser txico. No
encarecer demasiado el producto final. No afectar negativamente a
las propiedades del polmero.A continuacin se resumen los aditivos
ms empleados en la fabricacin de geosintticos, y sus
funciones:Estabilizadores de viscosidad: actan bloqueando los
grupos finales de la cadena para obtener el grado de polimerizacin
deseado segn la aplicacin. Los ms comunes son las aminas y los
cidos catablicos, y se suelen emplear como aditivos en las
poliamidas.Antioxidantes: evitan la degradacin del polmero por
procesos radiclicos en los que interviene el oxgeno. Con este fin
se utilizan compuestos de cobre, fenoles, y aminas aromticas en las
poliamidas, en el polietileno y sobre todo en el polipropileno, que
es el ms susceptible de sufrir oxidacin.Protectores de la radiacin
ultravioleta: evitan la degradacin por reacciones en cadena.
Algunos compuestos aromticos, ciertos pigmentos y el negro de humo
son capaces de absorber estas radiaciones y por ello se emplean en
todos los polmeros mencionados anteriormente.Compuestos fosfatados:
reducen la degradacin trmica durante el proceso de fabricacin,
sobre todo en el caso del polister y del
polipropileno.Catalizadores: incrementan la velocidad de
polimerizacin en el polister. Los ms empleados son el xido de
antimonio y las sales de manganeso.Pigmentos: se usan para la
coloracin de todos los polmeros mencionados. Para un color blanco
se emplea el dixido de titanio y para el color negro se utiliza el
negro de humo, que adems proporciona resistencia a los rayos
ultravioletas.Todos los polmeros descritos anteriormente son
materiales viscoelsticos que contienen fases amorfas y cristalinas
al mismo tiempo. Al aplicar una carga sobre estos polmeros, en las
reas amorfas comienza un proceso lento en el que las cadenas del
polmero van adquiriendo disposiciones ms ordenadas, es por esto que
las deformaciones que experimentan estos materiales continen
durante un largo periodo de tiempo despus de la aplicacin de las
cargas. De todo esto se deduce la gran importancia que tiene el
comportamiento a fluencia a largo plazo de estos materiales.4.
FUNCIONES TECNOLGICAS DE LOS GEOSINTTICOS:El empleo de geosintticos
en los diferentes campos de aplicacin puede definirse mediante las
funciones que va a desempear. En la mayora de las aplicaciones
cumple simultneamente varias funciones, aunque siempre habr una
principal que determine la eleccin del tipo que se debe
utilizar.Para que estos productos puedan proporcionar un grado de
seguridad suficiente en el desarrollo de sus funciones, su
fabricacin a partir de las materias primas debe ser estrictamente
controlada mediante el chequeo de sus propiedades durante todo el
proceso productivo.No obstante, la forma en que el geosinttico va a
desarrollar sus funciones no depende nicamente del proceso de
fabricacin, sino que depender en gran parte del proceso de
instalacin en obra. De esto se deduce la necesidad de realizar una
supervisin cuidadosa en la instalacin del geosinttico si se desea
conseguir un completo desarrollo de sus funciones.A continuacin se
describen las distintas funciones que pueden desempear los
geosintticos, as como las exigencias mecnicas, hidrulicas, y de
durabilidad necesarias para su desarrollo.4.1. FUNCIN DE FILTROEn
el desarrollo de esta funcin caracterstica de los geotextiles, el
material permite el paso de fluidos a travs suyo, al mismo tiempo
que retiene el suelo y otras partculas sujetas a las fuerzas
hidrodinmicas. Este fluido, agua procedente de la superficie o del
subsuelo con ms o menos contaminantes, puede llegar a producir
altos gradientes hidrulicos que hagan necesario su drenaje.El
comportamiento filtrante tan diverso de los diferentes geotextiles
depende de su estructura, y por tanto del proceso de fabricacin. Un
geotextil se puede utilizar como filtro siempre y cuando sea ms
permeable que el suelo a filtrar y tenga capacidad de retener las
partculas de grano fino al fluir agua de la capa de grano fino a la
de grano grueso.El geotextil retiene partculas de un determinado
tamao dejando pasar partculas mucho ms finas hasta llegar a un
punto de equilibrio. Parte de las partculas se depositan en el
plano del geotextil colmatndolo parcialmente. Por otra parte, al
ordenarse las partculas de suelo de pequeas a grandes se forma un
microfiltro granular natural adicional. La forma en que este
proceso tiene lugar depende de la interaccin suelo- geotextil, del
tipo de suelo, poder de retencin del geotextil y del flujo y
gradiente hidrulico.La filtracin es una operacin de compromiso, que
si no se respeta se puede llegar bien al lavado del suelo
(deterioro por prdida de elementos finos) o bien a la colmatacin,
que produce una acumulacin de agua en la parte superior del
filtro.Exigencias mecnicas: Evitar la migracin de finos cumpliendo
los criterios de filtro para la abertura eficaz de poros. El
geotextil, adems, deber resistir las solicitaciones a las que se
ver sometido tanto en la instalacin como en la vida del
proyecto.Exigencias hidrulicas: Garantizar el paso de agua, sin
previsin a ser posible, cumpliendo los criterios de filtro para la
permeabilidad. Esto adems exigir ciertos valores de grosor en el
geotextil.Exigencias de durabilidad: Evitar la colmatacin del
filtro de geotextil. Resistencia qumica e imputrescibilidad del
mismo.Los geosintticos que son capaces de desarrollar de forma ms
eficiente esta funcin son los geotextiles no tejidos agujeteados
debido a su estructura tridimensional y a la regularidad en su
abertura de poros. Tambin se podran emplear geotextiles tejidos
monofilamento, ya que la constancia del dimetro de sus filamentos y
la regularidad de su ensamblaje definen bastante el tamao de poros
resultante.
Figura 1. Funcin filtro (Polyfelt Geosynthetics).
4.2. FUNCIN DE SEPARACIN: Esta funcin, desempeada principalmente
por los geotextiles, consiste en la separacin de dos capas de suelo
de diferentes propiedades fsicas (granulometra, consistencia,
densidad, etc.) evitando permanentemente la mezcla de material.Se
puede permitir el paso de la fraccin ms fina del suelo a travs del
geosinttico en los momentos iniciales siempre que sea de forma
limitada, ya que esto propicia la formacin de un esqueleto de suelo
que supone un filtro natural para el resto del suelo.Esta prdida
inicial de granos finos provocar unos asientos en la estructura que
se debern estudiar con antelacin para saber si son o no aceptables.
Por otra parte, si se prevn cargas variables sobre el geosinttico,
el esqueleto antes mencionado colapsar y perder su utilidad. En
estos dos casos la prdida inicial de granos finos no se debe
permitir y se deber optar por un geosinttico de tamao de poro
menor.Exigencias mecnicas: El geotextil no debe daarse durante la
colocacin, ejecucin de la obra o posteriormente.Exigencias
hidrulicas: Retencin de finos en el caso de solicitaciones estticas
o dinmicas del filtro mediante un valor adecuado de abertura de
poro que adems no entorpezca demasiado el flujo de agua.Exigencias
de durabilidad: El geotextil ha de tener buena resistencia qumica,
estabilidad frente a la radiacin ultravioleta e
imputrescibilidad.Al igual que en el caso de la funcin filtro, los
geosintticos ms adecuados para ejercer la funcin de separacin van a
ser los no tejidos agujeteados y algunas modalidades de geotextiles
tejidos.
Figura 2. Funcin separacin (Polyfelt Geosynthetics).
4.3. FUNCIN DE REFUERZOEn esta funcin se aprovecha el
comportamiento a traccin del geosinttico para mejorar las
propiedades mecnicas de una capa de suelo, con el fin de controlar
los esfuerzos tangenciales tanto en la base de construccin como en
la de servicio.El geosinttico juega puntualmente un papel de
armadura y unin entre los granos, permitiendo difundir y repartir
las tenciones locales. Estas acciones mejoran la calidad de los
suelos aumentando la capacidad portante y la estabilidad de la
construccin.Exigencias mecnicas: El geosinttico no debe deformarse
excesivamente ni romper bajo los esfuerzos de traccin y
punzonamiento a los que se ve sometido. Adems se le debe exigir, en
combinacin con el relleno utilizado, ciertas caractersticas de
friccin necesarias para la movilizacin de las tensiones de refuerzo
deseadas.Para lograr un comportamiento uniforme las uniones y
conexiones de los geosintticos deben mantener estas caractersticas
resistentes.Exigencias hidrulicas: En el caso de los geotextiles se
debe provocar un aumento de la estabilidad de la obra debido al
cambio de condiciones de borde hidrulicas que aceleran los procesos
de consolidacin.Exigencias de durabilidad: No se han de producir
procesos de fluencia del sistema compuesto. Es fundamental adems
una buena resistencia qumica y a la putrefaccin.Los geotextiles
tejidos de polister son los ms adecuados para desempear la funcin
de refuerzo. En suelos no cohesivos las geomallas desarrollan
tambin esta funcin de forma muy eficaz.
Figura 3. Funcin refuerzo (Polyfelt Geosynthetics).
4.4. FUNCIN DE DRENAJEEsta funcin se define como la aptitud de
los geotextiles para la conduccin de lquidos y gases a travs de su
plano; en otras palabras, permite la evacuacin del agua y del aire
del suelo en el que se emplea.La efectividad del drenaje de un
suelo depender de la capacidad de drenaje del geosinttico empleado
y del gradiente de presiones a lo largo del camino de evacuacin del
fluido.Exigencias mecnicas: Para realizar el drenaje
satisfactoriamente el espesor debe ser suficiente al aumentar la
tensin normal al plano de conduccin.Exigencias hidrulicas: El
geotextil ha de impedir el lavado o transporte de partculas finas,
las cuales al depositarse en l reducen su permeabilidad horizontal
. Adems debe garantizar el transporte de agua en su plano sin
grandes prdidas de presin.Exigencias de durabilidad: Evitar la
colmatacin del sistema de drenaje del geotextil.No todos los
geosintticos estn capacitados para cumplir esta funcin. Los
geotextiles no tejidos pueden ser empleados con xito a condicin de
que su espesor bajo carga sea suficiente para mantener ciertos
valores de transmitividad. Existen tambin una serie de estructuras
sintticas tridimensionales capaces de mantener grandes capacidades
de descarga aun estando sometidos a altas presiones.
Figura 4. Funcin drenaje (Polyfelt Geosynthetics).
4.5. FUNCIN DE PROTECCINConsiste en la proteccin permanente de
sistemas de impermeabilizacin con geomembranas contra daos mecnicos
(perforaciones y desgaste) en la etapa de construccin y
posteriormente.Para hacer frente a las solicitaciones impuestas,
los geosintticos que se utilicen en proteccin debern cumplir
determinadas exigencias de espesor y resistencia mecnica.Exigencias
mecnicas: Absorcin de solicitaciones de reventn sobre grietas y
juntas del soporte de la impermeabilizacin. Resistencia mecnica y
efecto amortiguador como proteccin contra la perforacin y desgaste
de la capa impermeabilizante.Exigencias de durabilidad: Resistencia
qumica y a la putrefaccin durante la vida til y compatibilidad con
los otros materiales sintticos utilizados.
Figura 5. Funcin proteccin (Polyfelt Geosynthetics).
4.6. FUNCIN DE IMPERMEABILIZACINEsta funcin se consigue
desarrollar mediante la impregnacin del geotextil con asfalto u
otro material impermeabilizante sinttico.Exigencias mecnicas:
Resistencias y rigidez necesaria para la colocacin del geotextil,
as como capacidad de deformacin suficiente para compensar las
tensiones trmicas.Exigencias fsicas: Capacidad de almacenamiento de
asfalto y afinidad con el mismo, estructura homognea y mnima
contraccin trmica.Las geomembranas son los geosintticos
impermeabilizantes por excelencia. Para evitar su deterioro suelen
estar protegidos por otros geosintticos. Es comn por ejemplo el
refuerzo de geomembranas con geotextiles tejidos y la aplicacin de
varias capas impermeabilizantes de geomembranas separadas por capas
drenantes.
Figura 6. Funcin impermeabilizacin (Polyfelt Geosynthetics).
