geosintéticos
Es importante definir a los “Geosinteticos” como: Materiales poliméricos, generalmente delgados, flexibles y laminares, que se utilizan para mejorar las propiedades ingenieriles de los suelos. Esta definición obliga a explicar brevemente ¿Qué son los polímeros? y en segundo lugar a definir los tipos de Geosinteticos antes de mostrar sus aplicaciones.
POLIMEROS
Los Polímeros son
Macromoléculas, generalmente orgánicas, formadas por la unión de moléculas más
pequeñas llamadas Monómeros.En realidad, los polímeros son tan antiguos como la
vida misma, toda vez que ella se basa en tres grupos de macromoléculas: el ARN,
el ADN y las Proteínas. Como proceso de polimerización se podría afirmar que el
más antiguo conocido por el hombre es el tratamiento del cuero, una forma
artificialmente reticulada de las proteínas encontradas en las pieles de los
animales.
Nuestros
antepasados se dieron cuenta que al dejar una piel de animal a la intemperie,
esta se seca, se pone quebradiza y se cuartea, pero en cambio al lavarla con
agua con cal y tratarla con el tanino presente en las cortezas de los árboles,
se consigue la impermeabilidad y flexibilidad características del cuero. Los
primeros polímeros que se sintetizaron, se obtuvieron a partir de la celulosa,
un polímero natural que se encuentra en la madera y el algodón. En 1846, el
químico
Christian Friedrich
Schönbein sintetizó accidentalmente el nitrato de celulosa y en 1868, John W.
Hyatt sintetizó el celuloide a partir de él. El primer polímero totalmente
sintético se obtuvo en 1909, cuando el químico belga Leo Hendrik Baekeland
fabricó la baquelita a partir de formaldehído y fenol y en 1922, el químico
alemán Hermann Staudinger comienza a estudiar los polímeros hasta 1926 en que
expone su hipótesis de que se trata de largas cadenas de unidades pequeñas,
unidas por enlaces covalentes. En 1953 recibió el Premio Nobel de Química por
su trabajo. Una primera clasificación de los polímeros basada en el
proceso de obtención
es:
es:
· Polímeros Naturales, como las proteínas, la celulosa, el caucho natural,
etc.
· Polímeros Semi-sintéticos, comola nitro celulosa, el caucho vulcanizado,
etc.
· Polímeros Sintéticos, como el polietileno, el polipropileno, el
poliéster, etc.
El comportamiento
de los polímeros se basa en tres características:
· La Cadena
· Las Fuerzas Intermoleculares
· El Tiempo de Movimiento.
Una Cadena es un
conjunto de moléculas cuyos átomos se encuentran unidos en una línea larga de
muchos miles o millones de repeticiones . Los polímeros no son planos, sino que
constituyen un zig-zag tridimensional como el que muestra la figura de abajo, lo
que facilita que los átomos de una cadena se asocien con los de otras cadenas,
ocasionando que los polímeros lineales (formados por una única cadena de
monómeros), presenten ramificaciones, entrecruzamientos y formas radiales o
ramificadas. Se denomina Funcionalidad al número de sitios en los que una
molécula monomérica puede unirse con otras moléculas poliméricas.
Las Fuerzas
Intermoleculares afectan tanto a los polímeros como a las moléculas pequeñas,
pero con los polímeros, estas fuerzas se combinan ampliamente. Cuanto más
grande sea la molécula, habrá más posibilidad de ejercer una fuerza
intermolecular. Aún las débiles fuerzas de Van de Waals, pueden resultar muy
fuertes en la unión de las distintas cadenas poliméricas. Esta es otra razón
por la cual los polímeros pueden ser muy resistentes. El polietileno, por
ejemplo, es muy apolar (sólo intervienen fuerzas de Van der Waals), pero en una
cadena polimerizada con peso molecular ultra-elevado, se consiguen materiales
para la confección de chalecos a prueba de balas o como pistas de patinaje. Los
polímeros se mueven más lentamente que las moléculas pequeñas.
Esta velocidad
lenta hace que los polímeros hagan cosas inusuales. Un grupo de moléculas
pequeñas puede moverse mucho más rápido y más caóticamente cuando no se
encuentran unidas entre sí. Si se las une a lo largo de una extensa cadena, se
desplazarán más lentamente. La naturaleza química de los monómeros, su peso
molecular y otras propiedades físicas, así como la estructura que presentan,
determinan las diferentes características de cada polímero. Por ejemplo, si un
polímero presenta un alto grado de entrecruzamientos, el material será mucho
más difícil de fundir, que si no presentara ninguno.
Cadena de
Polipropileno formada por polimerización de las moléculas de Etileno
Gráfico de enlaces
químicos
Una segunda
clasificación de los polímeros se da según su estructura o propiedades:
• Plásticos: Se incluye dentro de este término genérico a los termoplásticos
amorfos y semi-cristalinos (Polietileno, Polipropileno, Poliestireno), los
mismos que no presentan entrecruzamientos, que pueden calentarse repetidamente
hasta su punto de ablandamiento, darles la forma que se desee y luego de
enfriados conservar esa forma remoldeada; y a los termoestables o termofijados
(nitrilo, butilo, etc), que son polímeros con un alto grado de entrecruzamiento
y en los que el proceso de calentamiento no puede ser repetido pues cualquier
calor adicional después de la primera forma solo llevará a la carbonización y
degradación del material. Estos son los polímeros base de los geosinteticos.
•
Elastómeros: Son polímeros con un bajo grado de
entrecruzamiento, que se caracterizan porque pueden estirarse varias veces su
longitud, para luego recuperar su forma original sin deformación permanente.
Estos son principalmente los polímeros base de los modificadores del asfalto.
• Fibras,
recubrimientos, adhesivos: Son polímeros
cuyas cadenas están extendidas en forma recta, una al lado de la otra, a lo
largo de un mismo eje. Estos polímeros se utilizan preferentemente con el
concreto de cemento Portland. Los polímeros mas usados en la fabricación de
geosinteticos en los E.E.U.U. son:
· Polipropileno (PP) 85 %
· Poliéster (PET) 12 %
· Polietileno (PE) 2 %
· Poliamida (Nylon 6/6) 1 %
En otros países
como Brasil, se prioriza el uso del PET sobre el PP. Según Koerner, los
geosinteticos que se fabrican según el tipo de polímero es como sigue:
Polipropileno (PP)
· Geotextiles
· Geomembranas
· Geomallas
· Geocompuestos
Poliéster
· (PET) Geotextiles
· Geomallas
Polietileno (PE)
· Geotextiles
· Geomembranas
· Geomallas
· Geotubos
· Georedes
· Geocompuestos
Poliamida (Nylon
6/6) Geotextiles
· Geocompuestos
· Geomallas
Poliestireno (PS)
· Geocompuestos
· Geobloques
· Geoespuma
Para finalizar esta
primera parte, solamente nos resta mencionar que a diferencia de los materiales
de construcción convencionales, los geosinteticos requieren de Pruebas de
Caracterización que permitan identificar con exactitud el tipo de polímero con
que se está tratando. Esto es sumamente importante en un medio como el nuestro
con falta de normas de ensayos y de procedimientos de colocación, pues se
conoce de productos nacionales e importados que han fallado (entendiéndose como
falla a todo resultado diferente al que se esperaba obtener) por no cumplir con
las especificaciones de fabricación.
FUNCIONES DE LOS
GEOSINTÉTICOS
Son individual o
colectivamente las siguientes:
TIPOS DE GEOSINTÉTICOS
Hay muchas formas
de diferenciar a los geosinteticos y en nuestra opinión, la presentada por T.
Ingold, H. Brandl, G. MannsbarT, basada en una sola propiedad (la
permeabilidad) y ampliada por nosotros a otras funciones, muestra una
diferenciación bastante clara:
· Kgeosintético <<K suelo (Geomembranas& Productos
Relacionados con las Geomembranas (GCLs, Mantas Impregnadas))
· Kgeosintético ~ K suelo (Geotextiles & Productos Relacionados con
los Geotextiles (Geomallas, Georedes, Geoceldas, Geomantas))
· Geocompuestos (En Función Resistente, en Función de Drenaje)
· Geo-otros (Geotubos, Geobloques, etc)
NOMENCLATURA Y
SÍMBOLOS
La Sociedad
Internacional de Geosinteticos ha propuesto la siguiente nomenclatura y
simbología para los Geosinteticos:
Nomeclatura y
clasificación para los geosintéticos
APLICACIONES
Lasprincipales
aplicaciones de las Geomembranas se encuentra en minería, como elemento
impermeable en las pozas de lixiviados. Sin embargo, en Ingeniería Civil, es
posible encontrarlas asociadas con los geobloques y geotextiles, pero siempre
en la función de impermeabilización, por eso se dice de ellas que son
monofuncionales. Una aplicación poco difundida de las geomembranas en
ingeniería civil está en las MEPS (por sus siglas en inglés), o Secciones de
Pavimentos Encapsulados en Membranas, desarrolladas por el COE (Cuerpo de
Ingenieros de los E.E.U.U.), consistentes en capas de arcilla compactada
encapsuladas en geomembranas de polietileno.Colocación de una tubería perforada
en la parte inferior de un Geodren (carretera Pativilca-Huaráz-Perú)Geomalla Biaxial
Bloques de EPS
(espuma de poliestireno expandido) empleados en la conformación de terraplenes
de poco peso
Las geomallas
cubren básicamente la función resistente, sea en pavimentos a nivel de
Su-rasante o debajo de la Base, en el cuerpo de taludes o debajo de
rellenos sobre suelos blandos. Para finalizar queremos mencionar a un
geosintetico que aún no ha sido aplicado en nuestro país, pero que se viene
usando de manera creciente en Japón, Europa y los Estados Unidos: la espuma de
Poliestireno Expandido (EPS por sus siglas en inglés) o de manera mas corta los
Geobloques.
Es un
producto de bajo peso específico (entre 11 y 28 kg/m3) y resistencia a la
compresión comprendida entre 35 y 170 kPa, para 5% de deformación. Se fabrica a
partir de granulados de poliestireno que se impregnan con gas pentano para
producir una preexpansión de hasta casi 50 veces su tamaño original por medio
de calentamiento y liberación rápida del gas durante la fase de transición
vítrea del granulado. Los productos finales moldeados en bloques se utilizan
ampliamente en Japón, Europa y los E.E.U.U. como cuerpo de rellenos ligeros
sobre suelos blandos.