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• Christian Cabello Jorge

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UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION

GEOMEMBRANA: 1. DEFINICIÓN: Geomembrana se utiliza a las láminas(membrana) que están en contacto con el suelo (geo), sus aplicaciones son: Impermeabilizar, separar capas de sustratos, etc.. . Los materiales sintéticos más utilizados para la fabricación de geomembranas son el pvc, pead, epdm, tpo, lldpe Forma parte de los dos grupos más grandes de los Geosintéticos conjuntamente con los Geotextiles. Los materiales en si son hojas delgadas de material plástico o de caucho “impermeables”, utilizadas principalmente como revestimiento y cobertura de dispositivos de almacenamiento de líquidos o sólidos. Así su función básica es siempre como barrera de líquidos o de vapor. El rango de aplicaciones, sin embargo, es muy grande y adicionalmente al área medioambiental, tiene aplicaciones crecientes en ingeniería geotécnica, de transportes e hidráulica.

2. FUNCIÓN ESPECÍFICA Las geomembranas son monofuncionales. La función primaria de una geomembrana es como barrera hidráulica, es decir, para impermeabilizar. Los materiales termoplásticos como el PVC y HDPE permiten efectuar uniones entre láminas por medio de fusión térmica o química sin alterar sus propiedades. Cada aplicación necesita de un cuidadoso análisis de las solicitaciones principales (mecánicas y químicas), del tiempo de vida esperado del recubrimiento y de los costos. Definir cuál es el material adecuado que se debe usar para un proyecto en particular es la esencia del concepto de diseño.

3. TIPOS: 3.1.

GEOMEMBRANAS DE POLIETILENO O VLDPE

La más utilizada actualmente es la membrana de polietileno de alta densidad (HDPE), considerada en muchos países como la opción por defecto debido a: • Alta resistencia a los ataques de agentes químicos. • Excelente comportamiento ante la radiación ultravioleta. • Alta resistencia mecánica. • Experiencia comprobada por más de treinta años.

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION El polietileno de muy baja densidad (VLDPE) y el polietileno de baja densidad lineal (LLDPE) han surgido como alternativa para su uso sobre estratos de apoyo irregulares o geometría abruptas, debido a la alta rigidez del HDPE. Las geomembranas de polietileno (HDPE, VLDPE y LLDPE) son fabricadas normalmente en espesores comprendidos entre 0.5 y 3.00 mm. Los espesores mayores a 3 mm. son considerados en la categoría de placas y utilizados en el revestimiento de estanques de hormigón (típicamente 5 mm)

3.2.

GEOMEMBRANAS DE PVC

Las geomembranas de PVC son muy flexibles y de gran resistencia al punzonamiento debido a su capacidad de deformación fuera del plano. La principal desventaja radica en su menor resistencia a la radiación ultravioleta, pero ya se han desarrollado geomembranas de PVC capaces de soportar prolongados períodos de exposición al sol. Los espesores más comunes fluctúan entre 0,25 mm y 2,5 mm. Entre otras geomembranas existentes en el mercado encontramos las de PVC, utiliza PVC virgen 100%, plastificantes, aditivos importados de primera calidad (tales como anti UV y para resistir derivados del petróleo) y fillers en distintas proporciones lasque en definitiva definen las aplicaciones o uso del material, apropiados para las características de uso que se describen. Se caracterizan principalmente por su alta flexibilidad biaxial que le permite acomodarse a la superficie de apoyo incluso en asentamientos diferenciales importantes, y por mantener sus propiedades constantes en un amplio rango de temperaturas. La densidad del PVC es de 1,42 gr/cm3, su punto de fusión es de 60ªC. en muchos casos será necesario enterrar la geomembrana de PVC con el suelo, shotcrete, bloques, etc. Para protegerla contra la radiación UV. La Geomembrana de PVC tiene un 30% de Cristalinidad. Es un laminado flexible fabricado con resinas vírgenes de primera calidad. Todos los materiales cumplen o exceden los requerimientos mínimos especificados en la norma 1104 de PGI (PVC Geomenbrane Institute); así mismo cuentan con certificados ISO 9001 y 14000. Su principal ventaja es el sellado por alta frecuencia que se realiza en planta logrando fabricar paneles de grandes dimensiones, con condiciones ideales de climas y ambiente que permiten tener el mejor sellado para Geomenbranas de PVC. Menor tiempo de instalación versus otras Geomembranas, logrando a la vez un menor costo en la instalación. Esto debido a la fabricación de paneles en planta según diseño de cada proyecto. Ahorro en costo de transporte por ser entregado en bultos que se pueden acomodar fácilmente en cualquier tipo de movilidad menor de 7mts. de largo. Mejor ajuste a las irregularidades del suelo base.

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION Mayor resistencia a fuerzas externas comparando a otras Geomembranas del mismo espesor. Mejor resistencia química al contacto directo con hidrocarburos en sistemas de contención secundaria, utilizando la Geomembrana de PVC HR (Geomembrana modificada en su formulación especialmente para esta aplicación). Siendo su principal función la impermeabilización, la Geomembrana de PVC puede ser aplicada en: • Depósito de relaves • Coberturas flotantes • Pits de lodos • Techos • Pads de lixiviación • Ponds de lixiviación • Cimentaciones • Reservorios • Jardineras • Canales • Lagunas • Piscinas • Presas • Piscigranjas • Túneles • Diversas obras de ingeniería

3.2.1. VENTAJA EN EL USO DE GEOMEMBRANA PVC -

Una de las ventaja de estas geomembranas es que dado su bajo modulo y alta flexibilidad es capaz de resistir mejor los asentamientos diferenciales que son en algunas instancias la causa de falla, en consecuencia se acomoda fácilmente a la superficie del terreno impermeabilizar.

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El PVC puede resistir excesos de deformación de hasta 100% antes romperse, y con ello su mayor resistencia a la tracción.

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El PVC tiene menor coeficiente de expansión térmica y su alta elongación le permite un mejor rendimiento en terreno ya que estas geomembranas muestran arrugas más pequeñas debido al mayor esfuerzo en la interfaz. 3.3.

HDPE

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION El Polietileno de Alta Densidad o HDPE por sus siglas en inglés, es la Geomembrana de más demanda en el mercado mundial, a pesar de su popularidad no es ni el más moderno ni el mejor de los plásticos, una de sus características importantes es su resistencia al ataque químico, que lo hacer apto para su uso en rellenos sanitarios, perforaciones petroleras, plantas de tratamiento y en todo aquel entorno que represente un riesgo químico o biológico. Están consideradas hoy en día como una de las geomembranas más importantes para impermeabilizar las obras de ingeniería, sobre todo si han de quedar a la intemperie, por sus especiales características físico-químicas y excelente técnica de soldadura entre ellas. Las Geomembranas de HDPE (polietileno de alta densidad) son producidas a partir de una resina que constituye un 97% y el resto es negro humo como estabilizante ante la luz solar y un mínimo de lubricantes para el proceso de extrusión. Por lo tanto, sus propiedades esta principalmente controladas por la calidad de la resina empleada y por la dispersión del negro humo. La resistencia del HDPE a ser expuesta a los rayos UV se ve incrementada al añadir el carbón negro. Tiene una alta densidad, mayor de 0,934 gr/cm3. La geomembrana de HDPE tiene un 70% Cristalinidad.

3.3.1. -

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VENTAJA EN EL USO DE LA GEOMEMBRANA HDPE

La principal ventaja de las geomembranas de HDPE es su mejor resistencia química a los hicrocarbonos y solventes ya que presenta buen comportamiento a la agresión química, debido a su alta cristalinidad. Podemos decir, por tanto que el polietileno de alta densidad resiste bien al: agua, ácidos, sales inorgánicas, ácidos orgánicos, alcoholes, éteres, hidrocarburos, acetonas, gases y aceites. Son muy conocidas por sus resistencia al tiempo y a los rayos UV esta resistencia se ve incrementada al añadir el carbón negro, factores que contribuyen a su reputación de larga durabilidad. Estos forros tiene flexibilidad “natural” que se acomoda al subsuelo, sin tener que usar plastificantes que se puedan lixiviar al ser expuestos a la luz del sol, la tierra, y los

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION químicos del abono como son el nitrato, amonia y contenido de ácido fosforito. Debido a que estas sustancias son altamente corrosivas al concreto, las geomenbranas de HDPE proveen una solución de larga duración, mayor durabilidad y más económica. -

Resistente a la acción de bacterias, termitas, roedores y raíces.

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Permite un mejor control de calidad a las uniones por soldadura.

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No contienen plastificantes que podrían migrar, causando un envejecimiento prematuro de la membrana o contaminar el agua potable que contenga el recipiente o reservorio impermeabilizado.

3.4.

FPP

El Polipropileno Flexible (FPP) es de la nueva generación de Geomembranas, se podría afirmar que combina lo mejor de dos mundos, la resistencia química del HPDE y la flexibilidad del PVC, es para cualquier tipo de proyectos tanto hidráulicos como de protección ambiental.

3.5.

GEOMEMBRANA EPDM

Son fabricadas con caucho EPDM (etileno propileno dieno terpolímero), material inerte de alta estabilidad, con gran resistencia a la radiación ultravioleta, a la intemperie, y a los ataques de microbios y algas. Esta geomembrana sigue un proceso de fabricación de calandrado y vulcanización bajo un estricto sistema de calidad. Firestone Specialty Productos, nuestra representada, posee más de 27 plantas en USA lo cual nos permite un tiempo de respuesta acelerado para la atención de nuestros clientes. Poseen una gran adaptabilidad a todo terreno. Su capacidad de elongación hasta un 500% permite que se adapte a las irregularidades del suelo preparado, así como a los diferenciales resultantes de movimientos de erosión o de actividad sísmica. Su flexibilidad queda demostrada por su gran adaptación a temperaturas extremas. La geomembrana de EPDM permanece muy flexible incluso a temperaturas muy bajas (hasta -45ºC), muy inferiores incluso a las registradas en los Andes de nuestro territorio. Asimismo, es una geomembrana ideal para nuestros climas tropicales, pues resiste temperaturas hasta 82ºC. Las geomembranas de EPDM son fáciles de instalar, y están disponibles en anchos de hasta 15 metros, y longitud máxima de panel de hasta 61metros. Las juntas de paneles se hace con banda autoadhesiva, sistema sencillo y muy confiable que ha sido instalado en millones de metros lineales en todo el mundo. Características y ventajas - Gran flexibilidad:

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La geomembrana de caucho EPDM permanece muy flexible incluso a temperaturas muy bajas (hasta - 45ºC) haciendo posible su instalación en gran variedad de climas y terrenos. Gran alargamiento:La geomembrana de caucho EPDM se puede alargar más del 500%, lo que permite a la membrana estirarse y acoplarse al subsuelo. Gran resistencia a la intemperie La geomembrana de caucho EPDM ofrece una incomparable resistencia a la radiación ultravioleta y al ozono. No contiene plastificadores que se desprenden y causan la falla prematura de la membrana debido al agrietamiento y las resquebrajaduras. Instalación rápida y fácil:La geomembrana de caucho EPDM se puede producir en grandes paneles de hasta 15 m de ancho y 61 m de largo con la ventaja de tener menos juntas en obra y menor tiempo de instalación. Mantenimiento mínimo. La geomembrana de caucho EPDM después de la instalación requiere muy poco o ningún mantenimiento regular. La geomembrana expuesta al medio ambiente puede superar los 30 años de vida útil. Ecológica La Geomembrana de caucho EPDM es un material inerte con un impacto ambiental muy bajo durante su fabricación y aplicación.

4. PROPIEDADES: 4.1.

GRAVEDAD ESPECÍFICA

Esta propiedad determina el tipo de resina utilizada en la fabricación de la geomembrana; para un mismo polímero pueden existir distintas densidades. Según la clasificación de la ASTM: • La densidad de la resina de HDPE debe ser > 0.941 mg/l. • La densidad del LLDPE es de 0.928 a 0.936 mg/l. • La densidad del VLDPE es de 0.920 a 0.930 mg/l. • La densidad del PVC es 1.2 mg/l 4.2.

INDICE DE FLUIDEZ

Determina la uniformidad del polímero, parámetro de importancia en el aseguramiento de calidad. El procedimiento utilizado es el ASTM D1238; no es relevante en las especificaciones para diseño, pero es utilizado para identificar con mayor precisión el tipo de resina. 4.3.

RESISTENCIA AL IMPACTO

Evaluación del comportamiento de las láminas (material y espesor) y del eventual uso de geotextiles sobre la geomembrana con el fin de amortiguar la caída de materiales. Existe

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION una serie de ensayos para evaluar la resistencia al impacto entre los cuales destacan el ASTM D1822 y el ASTM D3998. 4.4.

RESISTENCIA AL PUNZONAMIENTO

Es el de mayor relevancia en el diseño de revestimientos geosintéticos, pero hay que entenderlo como la fuerza necesaria para perforar la geomembrana bajo un procedimiento estándar. No obstante hay que considerar que en algunos casos, no es la carga la variable independiente del efecto punzante, sino la cantidad de deformación impuesta a la geomembrana. Es evaluado mediante el ensayo ASTM D4833. Este efecto es controlado, evitado o minimizado por medio de geotextiles (no tejidos agujados) o revestimientos geosintéticos de bentonita (GCLs) bajo la geomembrana; y/o con capas de suelo de protección. 4.5.

FRICCIÓN

Fricción del suelo con el revestimiento geosintético y del coeficiente de fricción entre los geosintéticos que comprenden el revestimiento, para evitar el colapso del sistema por deslizamiento de un talud, teniendo como superficie de falla el revestimiento. Este coeficiente es evaluado mediante el ensayo ASTM D5321. Puede ser llevado a cabo reproduciendo satisfactoriamente las condiciones reales del terreno por medio de equipos de corte directo: tipo de suelo y granulometría, grado de compactación, condición de humedad del suelo y presión de confinamiento del revestimiento. 4.6.

DURABILIDAD

La durabilidad de la geomembrana es un aspecto que concierne a todas las aplicaciones. El requerimiento insuficiente de resistencia frente a agentes agresivos ocasionará la falla prematura del sistema por degradación o deterioro del material. Por otra parte el sobredimensionamiento de la durabilidad de la geomembrana puede implicar, ya sea un costo excesivo del material o el desmedro de otras propiedades importantes. La resistencia química de las geomembranas es de especial interés en aquellos sistemas destinados a la contención de desechos. Los rayos UV son catalizadores del envejecimiento de los polímeros. La adición de negro de humo (carbon black) evita el envejecimiento prematuro del material.

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION Las pérdidas volátiles se refieren a la evaporación de solventes y plastificantes presentes en la geomembrana. 4.7.

PERMEABILIDAD AL VAPOR DE AGUA

Si bien el coeficiente de conductividad hidráulica es un parámetro relevante de las geomembranas en el diseño, su determinación es relativa ya que es alterada por la composición química del soluto o solvente (lixiviados, relaves, etc), pero el ensayo es realizado con agua en un permeámetro de carga constante mediante el ASTM E96.

5. INSTALACIÓN Es muy importante delinear bien el rol de cada participante, lo cual incluye definiciones, roles y responsabilidades, documentos de control, etc. Típicamente el instalador del revestimiento es el que acepta la superficie sobre la cual la geomembrana será instalada una vez que el área es pasada por el contratista de movimiento de tierras para el despliegue del revestimiento. Él también es responsable del mantenimiento del revestimiento hasta su inicio de funcionamiento o cobertura. Algunos instaladores no entienden la real dimensión de esta responsabilidad, el instalador necesita estar satisfecho de que la superficie se encuentra libre de defectos que pueden dañar el revestimiento, antes de aceptar la superficie. Antes que el revestimiento sea desplegado, la subrasante debe estar preparada apropiadamente (sin presencia de piedras, raíces o materiales corto punzantes) e inspeccionada por la firma de Fiscalización, instaladores y contratista de movimiento de tierras y deberá ser aceptada solamente para el tendido de la geomembrana cuando todas las partes estén satisfechas con su preparación. Este es un punto muy crítico en la construcción de un sistema de revestimiento compuesto, es decir, la interfase entre las dos tecnologías, es una de las causas principales de fallas de sistemas de revestimiento debido a la pobre preparación de la subrasante. Instalación de Geomembranas de Polietileno El proceso de instalación de este revestimiento, consiste en el despliegue en terreno de paneles en forma de rollos individuales por medio de maquinaria pesada (cargadores frontales, retroexcavadoras o grúas) provista de aditamentos especiales para el soporte de los rollos o con personal suficiente para tendido de acuerdo al peso del panel (aproximadamente 50 Kg./ persona).

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION Los paneles son dispuestos con traslapes de aproximadamente 15 cm. y de preferencia en el sentido de la máxima pendiente del terreno. Posteriormente es llevada a cabo la ejecución de las uniones por termofusión, que es el único método aceptado para láminas de polietileno. Existen dos métodos de soldadura que básicamente pueden ser descritos de la siguiente manera: a) Soldadura por extrusión o aporte de material: Consiste en la unión de paneles por medio de la formación de un cordón de aporte, del mismo tipo de polímero que la geomembrana instalada, a lo largo del borde visible del traslapo existente entre láminas a unir. Este método es de bajo rendimiento, del orden de 30 cm./min., y es utilizado exclusivamente para efectuar reparaciones y detalles tales como uniones entre la geomembrana y piezas especiales de polietileno. El material de aporte puede ser provisto en forma de pellets o como una varilla continua de tres a cuatro milímetros de diámetro; este método entre otras ventajas, permite ejecutar soldaduras en cualquier posición. b) Soldadura de cuña caliente: Este método de soldadura consiste en la unión de los bordes del traslape de dos láminas por la presión ejercida por dos pares de rodillos yuxtapuestos y tangentes, sobre el material parcialmente fundido por la acción de una cuña a temperatura tal, que produce la fusión superficial de las geomembranas en contacto. El sistema de soldadura se encuentra completamente integrado a una misma máquina que se moviliza autónomamente a aproximadamente 3 m/min. Algunas de las principales ventajas de este método son su alto rendimiento y la posibilidad de controlar la calidad de las soldaduras objetivamente por medio de la formación (opcional) de líneas de soldadura provistas de un canal central, que permite identificar en forma rápida y efectiva, la presencia de defectos por medio de la inyección de aire a presión. La idea del método de canal de aire para control de calidad en el sellado, es que ante la presencia de algún defecto en la unión de las geomembranas, el canal no será capaz de mantener estable una presión de 25 a 30 PSI (1.8 a 2.3 Bar es decir aproximadamente 20 m. de columna de agua) por lo menos durante 5 min. Las líneas, que pueden ser verificadas y ensayadas en menos de 15 minutos, pueden tener longitudes de hasta unos cuantos cientos de metros. Instalación de Geomembranas de PVC Se suministra módulos prefabricados plegados en planta, resultantes de la unión por soldadura química, ultrasonido o fusión térmica de varios rollos, estos módulos serán de las

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION dimensiones que se requiere en obra, cuyo peso no exceda 1 tonelada para que sea manejable en la instalación. Para el despliegue de los módulos dependiendo del peso, se utiliza maquinaria (retroexcavadora, cargadora frontal, etc.) en el sentido longitudinal del primer plegado. Una vez terminado el recorrido se procede con el despliegue en sentido transversal de la geomembrana; la ventaja de realizar paneles es que las uniones en el terreno sean mínimas por lo tanto disminuye el tiempo de instalación. Las uniones en el terreno han sido tradicionalmente realizadas por soldadura química del material, los adhesivos utilizados en la ejecución de las soldaduras deben ser especialmente especificados en función del tipo de PVC utilizado. El uso de adhesivos en situaciones de clima severo, durante periodos fríos, se ve dificultado por los prolongados lapsos de curado requeridos. Esto ha conducido al desarrollo de métodos de soldadura por fusión térmica semejantes a los utilizados en el polietileno.

6. AREAS DE APLICACIÓN • Revestimientos para depósitos de agua potable, aguas de reserva, para riego, aguas industriales o aguas residuales. • Revestimiento para canales de transporte de agua. • Revestimientos para desechos líquidos. • Revestimientos para PADS de lixiviación de pilas en operaciones mineras. • Coberturas de rellenos de desechos sólidos. • Interior de presas zonificadas de tierra para control de filtración. • Impermeabilizar interiores de túneles. • Impermeabilizar presas de tierra y roca. • Impermeabilizar presas de albañilería. • Barrera de hedores de desechos. • Barrera de vapores y polución (radón, hidrocarburos, etc.). • Membrana impermeabilizante debajo de sobrecapas asfálticas. • Control de suelos expansivos. • Lagunas decorativas. • Piscinas de acuacultura.