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• Luis Fernando Medina Casallas

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¿QUE ES UN POLIMERO? Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión mediante enlaces covalentes de una o más unidades simples llamadas monómeros. Estos forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas. Los polímeros tienen elevadas masas moleculares, que pueden alcanzar incluso millones de UMA. 2

¿QUE SON LOS GEOTEXTILES? El Geotextil es un material textil sintético plano formado por fibras poliméricas (polipropileno, poliéster o poliamidas), similar a una tela, de gran deformabilidad, empleada para obras de ingeniería en aplicaciones geotécnicas (en contacto con tierras y rocas), cuya misión es hacer las funciones de separación ó filtración, drenaje, re fuerzo o impermeabilización. 3

¿QUE SON LOS GEOTEXTILES? Son membranas permeables sintéticas resistentes a la tensión y al punzonamiento, que actúan como elementos de refuerzo (estabilización), separación, filtración y drenaje en diferentes tipos de construcciones, desde un simple campo deportivo hasta una superautopista o una represa. 4

GENERALIDADES: 1. Se fabrican generalmente desde 90 hasta 400g/m2 y sus principales aplicaciones son: el control de la erosión, el refuerzo de suelos, la filtración y separación entre capas de materiales, el proporcionar una capa drenante y la protección de geomembranas. 2. El mercado de los geotextiles es sumamente extenso y se fabrican en los Estados Unidos, Canadá, Europa y Asia. La mayor parte del producto que se consume en México es fabricado por empresas locales. 3. Se fabrican una gran cantidad de geotextiles con las más variadas características: 4. Algunos geotextiles tienen un espesor de algunos milímetros y una estructura permeable. Estos pueden constituirse en drenes. 5. Otros geotextiles son impermeables, estos pueden ser utilizados para impermeabilizar canales o embalses, ya sea recubriéndolos con una camada de tierra o utilizándolos para aumentar la impermeabilidad de revestimientos de cemento. 6. Algunos geotextiles son resistentes a la tracción, estos pueden ser utilizados para aumentar la resistencia del suelo frente a deslizamientos, llegándose a formar taludes estructurados con geotextiles.

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GEOTEXTILES TEJIDOS:

Son aquellos formados por cintas entrecruzadas en una maquina de tejer. Pueden ser Tejidos de calada 0 tricotados. Los Tejidos de calada son los formados por cintas de urdimbre (sentido longitudinal) y de trama (sentido transversal). Su resistencia a la tracción es de tipo biaxial (en los dos sentidos de su fabricación y puede ser muy elevada (según las características de las cintas empleadas). Su estructura es plana. 6

Funciones:  SEPARACION  REFUERZO  ESTABILIZACION

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GEOTEXTILES NO TEJIDOS:

Estan formados por fibras o filamentos superpuestos en forma laminar, consolidándose esta estructura por distintos sistemas según cual sea el sistema empleado para unir los filamentos 0 fibras. Los geotextiles No Tejidos se clasifican a su vez en: Geotextiles No Tejidos ligados mecánicamente 0 punzonados por agujas Geotextiles No Tejidos ligados térmica mente 0 termo soldados Geotextiles No Tejidos ligados químicamente 0 resinados 8

Funciones:  Filtración  Drenaje  Protección  Separación  Estabilización  Repavimentación

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CLASIFICACION SEGÚN SU COMPOSICION:

1. Fibras naturales: Pueden ser de origen animal (lana, seda, pelos .. ) vegetal ( algodon, yute, coco, lino ... ) que se utilizan para la fabricación de geotextiles biodegradables utilizados en la revegetación de taludes, por ejemplo, en margenes de rios etc.

2. Fibras artificiales: Son las derivadas de la celulosa. Son el rayon, la viscosa y el acetato. 3. Fibras sintéticas: Cuando al geotextil se Ie exige durabilidad, se fabrica con fibras o

filamentos obtenidos de polimeros sinteticos. Los geotextiles fabricados con estos polimeros son de gran durabilidad y resistentes a los ataques de microorganismos y bacterias. 10

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GEOTEXTIL SEGÚN LA NATURALEZA DEL POLIMERO: • Polieolefinas. Son los materiales polímeros más utilizados en la confección del geotextil, siendo principalmente el polietileno (PP) y el polipropileno (PE). Mientras que el polipropileno se utiliza de forma isotáctica en la que los monómeros están unidos en la modalidad de cabeza y cola, el polietileno presenta una estructura semicristalina que le brinda rigidez así como gran capacidad de resistencia frente a la mayoría de los disolventes, ácidos y álcalis. 13

GEOTEXTIL SEGÚN LA NATURALEZA DEL POLIMERO: • Poliamidas. Este material también conocido como nilones, son termoplásticos procesables fundidos que incluye un grupo amida como parte repetitiva de la cadena. Presenta gran resistencia a temperaturas elevadas y al desgaste, buena resistencia química así como baja permeabilidad a los gases e hidrocarburos. Como desventaja se puede incluir que su tendencia a la absorción de la humedad provoca variabilidad en las propiedades mecánicas. 14

GEOTEXTIL SEGÚN LA NATURALEZA DEL POLIMERO: Poliésteres. Se trata de un grupo de polímeros. El más utilizado en la fabricación de geotextiles es el PET debido a su baja deformación y buena resistencia química a la mayoría de ácidos y disolventes. Se caracterizan por: Presentar poca deformidad • Notable resistencia a los rayos UV • Fácilmente hidrolizables a PH muy altos • Tener un módulo de elasticidad elevado 15

FABRICACION DE GEOTEXTILES: Para los Geotextiles tejidos los hilos de urdimbre, que corren paralelas a la longitud del panel geotextil (dirección de la máquina), se entrelazan con hilos guía que corren perpendiculares la longitud del panel. Geotextiles tejidos pueden estar compuesto de monofilamentos o hilos multifilamento. El multifilamento tejido produce mayor resistencia y módulo de todas las construcciones, pero también son mas costosos. Una variante de monofilamento es la rendija de película o filamento de cinta tejida geotextil. la Las fibras son finas y planas y por las hojas de corte de plástico en tiras estrechas. Este tipo de tejido geotextil es relativamente barato y se utiliza para separación, es decir, la prevención de la entremezcla de dos materiales tales como agregados y suelos de grano fino.

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FABRICACION DE GEOTEXTILES: Los Geotextiles no tejidos están formados por una procedimiento distinto del geotextil tejido o tricotado, y son generalmente más gruesa que productos tejidos. Estos geotextiles se pueden hacer ya sea de continuo filamentos o de fibras discontinuas. Las fibras son en general orientadas aleatoriamente dentro del plano de el geotextil pero se puede dar una orientación preferente. En el proceso de unión por hilado, los filamentos son extruido, y colocada directamente sobre una cinta en movimiento a formar la estera, que luego se une por uno de los procesos descritos a continuación. 17

PROPIEDADES DE LOS GEOTEXTILES: • Espesor: característica que depende del método de fabricación, lo que les hace más o menos compresibles perpendicularmente a su plano, y de la presión aplicada sobre él. La compresibilidad tiene una gran influencia en sus propiedades hidráulicas. Se calcula a una presión concreta midiendo el espesor entre una placa de referencia y un pistón especificado.

Apertura de poros: lo que marca su eficacia como filtro al fijar el tamaño de partículas que pueden ser retenidas. Los ensayos calculan el diámetro eficaz de poros como tamaño medio de partículas para el que un determinado porcentaje de las partículas es retenido, utilizando para ello el geotextil como tamiz

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PROPIEDADES DE LOS GEOTEXTILES: Gramaje: Se entiende por gramaje o peso base, en la industria papelera y otras textiles, la densidad superficial de papel, esto es, su masa por unidad de área. • 10-25 gr/m2 Estos se utilizan principalmente para fines sanitarios, higiénicos, ropa de usar y tirar, sabanas, servilletas, bolsas de infusión, etc. • 25-250 gr/m2 Estos no tejido son utilizados para confección, sacos de dormir, anoraks, edredones, decoración del hábitat, construcción, automación, etc. • 250-2000 gr/m2 El mayor gramaje de estos hace que se fabriquen para materiales absorbentes acústicos, moquetas, agrotextiles, etc 19

USOS DE LOS GEOTEXTILES: El geotextil es una malla compuesta por fibras sintéticas cuyas funciones principales se basan en su resistencia mecánica a la perforación y tracción, y a su capacidad drenante. Sirven en la construcción de sub-base de carreteras y ferrocarriles, en presas, evitan posibles erosiones realizan funciones de drenaje en canales, muros de contención, etc. Los geotextiles sirven para separar tierras de diferente granulometría estabilizando el terreno, para protección de láminas impermeabilizantes. Los geotextiles pueden desempeñar distintas funciones:

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SEPARACION: La separación impide el contacto entre dos superficies de distintas propiedades físicas, lo cual evita su mezcla y contaminación aunque permite el flujo libre de líquidos filtrándolos a través del geotextil, puede ser entre dos capas diferentes de suelo aportado o entre suelo natural y de aporte. Para evitar la mezcla de materiales debe soportar las cargas estáticas y dinámicas del material de aporte y del tráfico durante su colocación, así como también la retención de finos. El polipropileno lo mantiene estable ante la alcalinidad del cemento e inerte frente a los diversos elementos químicos presentes en el terreno.

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FILTRACION: • Esta aplicación es probablemente la más importante de todas, ya que la presión del agua es una de las principales razones que causan daños en las paredes, represas, o en otras barricadas manufacturadas por el hombre. • Como filtro, el geotextil retiene los componentes del suelo u otras partículas, para permitir el flujo de agua libre. Hay que distingue entre la resistencia mecánica para la retención del suelo y la efectividad del filtro hidráulico, con la meta de la caída de baja presión para el drenaje del agua. Por lo tanto, el espesor del geotextil desempeña un papel importante y decisivo, y ejerce una gran influencia a largo plazo en la efectividad mecánica e hidráulica del filtro.

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DRENAJE: Para el drenaje, los geotextiles desempeñan más o menos el mismo papel que en la filtración para el descargue de la lluvia, el agua subterránea u otros líquidos. Los sistemas de drenaje son ofrecidos como componentes individuales o como elementos compuestos que comprenden al menos una capa de filtro y una capa de drenaje.

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CONTROL DE LA EROSION: • Los geotextiles usados para el control de la erosión son instalados a menudo en el mismo medio ambiente en que se usan los geotextiles de protección y de reforzamiento . Los geotextiles para el control de la erosión ayudan a estabilizar rápidamente las bancadas, mientras que las plantas necesitan mucho tiempo para el crecimiento de sus raíces. 25

REFUERZO: • El Refuerzo del geotextil se consigue por las propiedades que poseen ciertos geotextiles, mejorando sus propiedades mecánicas y disminuyendo el nivel de cargas sobre el terreno porque realiza un trabajo de homogeneizar las cargas sobre una superficie extensa

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CAMPO DE APLICACIÓN: CAMPO DE APLICACIÓN

FUNCIÓN PRINCIPAL

FUNCIONES SECUNDARIAS

Carreteras

Separación

Filtración; Protección; Drenaje

Ferrocarriles

Separación; Filtración

.........

Obras Hidráulicas

Filtración

Separación.

Drenajes

Filtración

Separación; Drenaje.

Taludes

Refuerzo

Drenaje.

Protección

Drenaje; Refuerzo. Protección; Drenaje

Túneles

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CONSTRUCCIONES FERROVIARIAS: En construcciones ferroviarias, los geotextiles se pueden utilizar para las siguientes aplicaciones: – Como separación en base de terraplenes ó entre distintos tipos de suelos granulares.(a). – Entre terreno granular y balasto(b)

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DRENAJES: • Los campos de aplicación para este empleo pueden ser: Cunetas de carreteras u otros viales, drenes para agricultura, edificación, campos deportivos, drenaje en balsas y vertederos etc. • El geotextil se puede utilizar rodeando el tubo ó la grava de drenaje, evitando el paso de finos y por tanto la colmatación del tubo dren y la grava que lo rodea. Cuando se hace un sistema de drenaje mediante zanja, estos pueden ser longitudinales (carreteras y viales), en espina de pez, en peine (utilizados generalmente en campos deportivos, agricultura, parques y jardines etc).

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CARRETERAS Y VIALES:

• En explanaciones de carreteras, autopistas, etc. Pistas de Aeropuertos, áreas de estacionamiento, caminos de acceso, etc. 31

Geotextiles para estabilización de suelos planos • En esta función se aprovecha el comportamiento a tracción del geotextil para trabajar como complemento de las propiedades del suelo con el fin de controlar los esfuerzos transmitidos tanto en a fase de construcción como en la de servicios de las estructuras • El geotextil actúa como un elemento estructural y de confinamiento de los granos del suelo permitiendo difundir y repartir las tenciones locales 32

Geotextiles para pavimentación y repavimentación • Dentro de cualquier proceso de repavimentación de una vida, el exceso de humedad y el calcado de fisuras son los dos fenómenos que afectan la durabilidad de las estructuras de pavimento y su integridad para resistir la aplicación de cargas. • Por su estructura y alta porosidad los geotextiles no tejidos son ideales para esta aplicación. Conforman una membrana bisco-elastoplastica que cumple la función de barrera impermeabilizadora y membrana amortiguadora de esfuerzos • Los geotextiles han sido usados en sistemas de repavimentación desde años atrás para reducir y retardar agrietamientos y para actuar como una membrana impermeable. 33

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NORMAS Y METODOS DE ENSAYO : • METODO PARA LA DETERMINACI6 N DE LA CARGA DE ROTURA Y LA ELONGACI6N DE GEOTEXTILES (METODO GRAB) ASTM D-4632, INV E - 901 Esta norma consiste en aplicar a muestras de geotextiles Tejidos y No Tejidos una carga que se incrementa continua mente en sentido longitudinal, hasta alcanzar la rotura. Los va lores para la carga de rotura (tension Grab) y la elongacion (elongacion Grab) del especimen de ensayo se obtienen de las escalas 0 diales de las maquinas, de diagramas de registro autográficos 0 de computadores interconectados. Esta norma determina una propiedad índice. EI equipo necesario para realizar este ensayo es el siguiente: 1. Máquina para el ensayo de Tracción 2. Mordazas 35

ROTURA Y ELONGACION:

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PROCEDIMIENTO 1.

5e ajusta la distancia entre las mordazas al comienzo del ensayo a 75 ± 1 mm.

2.

5e asegura el especimen en las mordazas de la maquina de ensayo.

3.

Se enciende la maquina de ensayo de tracción y el dispositivo de medicion de iirea (si se utiliza) y se continua efectuando el ensayo hasta producir la rotura.

4.

Para medir la elongacion del especimen, tanto la longitud inicial como la elongacion medida dependen de la tensión previa aplicada al colocar el espécimen en las mordazas de la miiquina.

5.

Se mide la elongacion del geotextil con la ca rga establecida mediante un dispositivo autograficador, y al mismo tiempo se determina la resistencia a la rotura. 5e mide la elongacion desde el punto donde la curva deja el eje de la carga cer~, establecido despues de aplicar la precarga, hasta el punto de la fuerza correspondiente en milímetros.

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2.2 METODO PARA LA DETERMINACION DEL iNDICE DE RESISTENCIA AL PUNZONAMIENTO DE GEOTEXTILES, GEOMEMBRANAS Y PRODUCTOS RELACIONADOS ASTM D-4833, INV E Esta norma establece el metodo para determinar el indice de resistencia al punzonamiento de geotextiles, geomembranas y productos relacionados y consiste en colocar un especimen sin tension, entre las placas circulares del dispositivo anular de sujecion de la miiquina de ensayo. Se aplica una fuerza en la parte central, mediante una barra de acero solido, conectada al indicador de carga, hasta que se rompa el especimen. La miixima fuerza registrada corresponde a la resistencia al punzonamiento. EI equipo necesario para realizar este ensayo es el siguiente: 1. Miiquina para el ensayo de traccion - compresion 2. Dispositive anular de sujeción 3. Aditamento punzante 38

ENSAYO DE RESISTENCIA AL PUNZONAMIENTO:

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PROCEDIMIENTO:

1. Se selecciona el intervalo de carga de la maquina de ensayo de tension, de tal forma que la rotura ocurra entre el l0% y el 90% de la carga total de la maquina. 2. Se centra y se asegura el especimen entre el dispositivo anular de sujecion, de tal forma que el especimen se extienda mas alia de los bordes exteriores de los anillos. 3. Medida de la carga de rotura. Se realiza el ensayo con la maquina a una velocidad de 300 ± 10 mm/min hasta que el aditamento punzante rompa completamente el especimen de ensayo. 4. Si el especimen no se rompe debido a su deslizamiento entre los anillos de agarre 0 si la barra se desliza entre dos fibras adyacentes sin causar su rotura, estos resultados no seran tenidos en cuenta y deberii ensayarse otro especimen.

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METODO PARA LA DETERMINACION DE LA RESISTENCIA AL RASGADOTRAPEZOIDAL DE GEOTEXTILES ASTM D-4S33, INV E - 903 Este metodo de ensayo es un indice que permite determinar la fuerza requerida para continuar 0 propagar un rasgado en geotextiles tejidos, no tejidos, tejidos de punto y telas estratificadas, por el metodo trapezoidal. Esta norma describe el procedimiento para la determinacion de la resistencia al rasgado trapezoidal de geotextiles. Este metodo corresponde a una propiedad indice y no ofrece la informacion suficiente para considerarse un criterio de diselio en todas las aplicaciones de geotextiles EI equipo necesario para realizar este ensayo es el siguiente: 1. Máquina para el ensayo de tracción 2. Mordazas 3. Molde trapezoidal

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PROCEDIMIENTO: 1. En caso de realizar el ensayo en condicion humeda, este deberii hacerse dentro de los siguientes dos (2) minutos despues de retirar el especimen del agua. 2. Se fija la distancia entre las mordazas al iniciar el ensayo en 2S ± 1 mm y se fija el intervalo de carga para la maquina de ensayos de tal forma que la carga maxima ocurra entre el lS% y el 8S% de la escala total. 3. Asegurar el especimen de ensayo en la maquina sujetandolo a 10 largo de los lados no paralelos del trapecio de tal manera que los bordes de las mordazas esten en linea con ellado del trapecio de 2S mm de longitud y el corte este en el centro de las mordazas. 4. Poner en movimiento la maquina y registrar la fuerza de rasgado en un grafico. 5. Si el resultado de un ensayo individual se desvia 2S% 0 mas del promedio de los resultados del ensayo de una muestra, este no debe ser tenido en cuenta, y un especimen adicional debe ser ensayado. Calcular el promedio excluyendo los valores extremos. 42

CURVA EZFUERZO/DEFORMACION GEOSINTETICOS:

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Aplicaciones de los geotextiles • Las aplicaciones de los geotextiles en la ingeniería son numerosas y pueden dividirse en dos grupos:

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Donde la mayor solicitación proviene del agua, tales como: • -Drenaje: En el drenaje de un talud, de una presa de tierra, para asegurar la estabilidad cuando se presente una disminución rápida del nivel del agua, se coloca el geotextil en cintas verticales, ayudando a la consolidación del suelo. • -En canales se puede emplear como manto entre el terreno y el revestimiento de concreto, para controlar el exceso de agua y una eventual percolación en el concreto y como dren vertical para captar el agua colectada a través de un tubo. • -Impermeabilizaciones: Los geotextiles asociados con asfaltos, resinas, elastómeros, etc., constituyen membranas que retienen el agua en lagos, presas, canales, etc. • -Válvulas: Conducen la escorrentía, a presión baja no las atraviesa, pero son atravesadas por el agua intersticial a presión alta.

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• Filtros: Los geotextiles colocados entre dos masas de tierra, por donde se infiltra el agua, funcionan como un filtro de transición. Así mismo, colocados transversalmente en un escurrimiento de agua cargada de partículas en suspensión, las retiene. • -En estructuras marinas: Los geotextiles tejidos se emplean como formaleta para vaciar concreto alrededor de columnas de acero, concreto o madera. Esta técnica se emplea en la protección de las zonas vulnerables de las estructuras, pero es más frecuente su aplicación en la reparación de pilotes deteriorados. 225 Se puede emplear en la protección de tuberías dentro del agua; en este caso se aplica el geotextil con inyección de mortero como material de soporte.

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Donde la mayor solicitación proviene del suelo, por ejemplo • Separación: Los geotextiles separan el suelo del medio exterior o lo hacen con dos materiales que tiendan a mezclarse por efectos de las cargas: Vías de servicio para ferrocarriles, campos deportivos, etc. • -Refuerzo: Los geotextiles soportan los esfuerzos de tracción que no resiste el suelo, de manera que se pueden emplear en capas múltiples de suelo y geotextil para reforzar un suelo poco resistente. 48

PROBLEMA Y SOLUCION EN LA INGENIERIA: Salahonda es un pequeño poblado de la costa pacifica colombiana, ubicado en un área afectada por niveles de marea variables. Hace parte del municipio de Francisco Pizarro, en el departamento de Nariño. El perímetro del casco urbano está bordeado por estuarios, donde se mezclan los cursos de agua del río Patía con el océano Pacífico generando inundaciones en la zona. Como resultado de esta condición, muchas de las viviendas están construidas sobre palafitos y carecen de redes de servicios públicos, un problema adicional que afecta la salubridad de la población. 49

PRODUCTOS USADOS:

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SOLUCION: • Para controlar la inundación bajo los palafitos y brindar servicios públicos esenciales, fue necesaria la construcción de una barrera robusta, capaz de contener el agua y soportar un relleno posterior proyectado bajo las viviendas. La mayor dificultad estaba en conformar dicha barrera, ya que su núcleo requería un gran volumen de material

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Revestimiento en concreto utilizando formaletas textiles:

Estructura utilizada por los habitantes de la zona como sendero peatonal:

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PROCESO COMPLETADO::

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GRACIAS