Los geosintéticos son productos sintéticos que se utilizan para estabilizar el terreno. Generalmente son productos poliméricos utilizados para solucionar problemas de ingeniería civil . Esto incluye ocho categorías principales de productos: geotextiles , geomallas , georedes , geomembranas , revestimientos de arcilla geosintética , geoespuma , geoceldas y geocompuestos . La naturaleza polimérica de los productos los hace adecuados para su uso en terrenos donde se requieren altos niveles de durabilidad. También se pueden utilizar en aplicaciones expuestas. Los geosintéticos están disponibles en una amplia gama de formas y materiales. Estos productos tienen una amplia gama de aplicaciones y actualmente se utilizan en muchas aplicaciones civiles, geotécnicas , de transporte , geoambientales, hidráulicas y de desarrollo privado, incluidas carreteras , aeródromos , ferrocarriles , terraplenes , estructuras de contención , embalses , canales , presas , control de erosión y sedimentos. control , revestimientos de vertederos , cubiertas de vertederos, minería , acuicultura y agricultura .
Durante miles de años se han utilizado inclusiones de diferentes tipos mezcladas con tierra . Se utilizaban en la construcción de carreteras en la época romana para estabilizar las carreteras y sus bordes. Estos primeros intentos se hicieron con fibras naturales , telas o vegetación mezcladas con tierra para mejorar la calidad de las carreteras, particularmente cuando las carreteras se construían sobre suelo inestable. También se utilizaron para construir pendientes pronunciadas como en varias pirámides de Egipto y también muros. Un problema fundamental del uso de materiales naturales ( madera , algodón , etc.) en un ambiente enterrado es la biodegradación que se produce a partir de los microorganismos del suelo. Con la llegada de los polímeros a mediados del siglo XX, se dispuso de un material mucho más estable. Cuando se formulan adecuadamente, se pueden predecir vidas de siglos incluso en condiciones ambientales adversas.
Los primeros artículos sobre geosintéticos (como los conocemos hoy) en la década de 1960 documentaron su uso como filtros en los Estados Unidos y como refuerzo en Europa . Una conferencia celebrada en París en 1977 reunió a muchos de los primeros fabricantes y profesionales. La Sociedad Internacional de Geosintéticos (IGS), fundada en 1982, ha organizado posteriormente una conferencia mundial cada cuatro años y sus numerosos capítulos celebran conferencias adicionales. Actualmente, están activos institutos de geosintéticos, grupos comerciales y grupos de establecimiento de normas separados. Aproximadamente veinte universidades imparten cursos independientes sobre geosintéticos y casi todas incluyen el tema en cursos de ingeniería geotécnica, geoambiental e hidráulica . Los geosintéticos están disponibles en todo el mundo y la actividad es sólida y está en constante crecimiento.
Los geotextiles forman uno de los dos grupos más grandes de geosintéticos. Son textiles compuestos por fibras sintéticas en lugar de naturales como el algodón, la lana o la seda. Esto los hace menos susceptibles a la biodegradación. Estas fibras sintéticas se convierten en telas flexibles y porosas mediante maquinaria de tejido estándar o se unen entre sí de forma aleatoria sin tejer. Algunos también están tejidos. Los geotextiles son porosos al flujo de líquido a través de su plano de fabricación y también dentro de su espesor, pero en grados muy variables. Existen al menos 100 áreas de aplicación específicas para geotextiles que se han desarrollado; sin embargo, la tela siempre realiza al menos una de cuatro funciones discretas: separación, refuerzo, filtración y/o drenaje.
Las geomallas representan un segmento de rápido crecimiento dentro de los geosintéticos. En lugar de ser un tejido textil tejido, no tejido o de punto, las geomallas son polímeros formados en una configuración similar a una rejilla muy abierta, es decir, tienen grandes aberturas entre nervaduras individuales en las direcciones transversal y longitudinal. Las geomallas se (a) se estiran en una, dos o tres direcciones para mejorar las propiedades físicas, (b) se fabrican en maquinaria de tejido o tejido mediante métodos de fabricación textil estándar, o (c) mediante la unión de varillas o correas mediante láser o ultrasonidos. Hay muchas áreas de aplicación específicas; sin embargo, las geomallas funcionan casi exclusivamente como materiales de refuerzo.
Las georedes, y los geoespaciadores relacionados por algunos, constituyen otro segmento especializado dentro del área de los geosintéticos. Están formados por una extrusión continua de conjuntos paralelos de nervaduras poliméricas en ángulos agudos entre sí. Cuando se abren las nervaduras, se forman aberturas relativamente grandes en una configuración en forma de red. Dos tipos son los más comunes, biplanares o triplanares. Como alternativa, se encuentran disponibles muchos tipos muy diferentes de núcleos de drenaje. Consisten en láminas de polímero con protuberancias, hoyuelos o cúspides, redes tridimensionales de fibras de polímero rígidas en diferentes configuraciones y minitubos perforados o espaciadores dentro de geotextiles. Su función de diseño queda íntegramente dentro de la zona de drenaje donde se utilizan para conducir líquidos o gases de todo tipo.
Las geomembranas representan el otro grupo más grande de geosintéticos y, en volumen de dólares, sus ventas son mayores que las de los geotextiles. Su crecimiento en Estados Unidos y Alemania fue estimulado por regulaciones gubernamentales promulgadas originalmente a principios de la década de 1980 para el revestimiento de vertederos de desechos sólidos. Los materiales en sí son láminas relativamente delgadas e impermeables de material polimérico que se utilizan principalmente para revestimientos y cubiertas de instalaciones de almacenamiento de líquidos o sólidos. Esto incluye todo tipo de vertederos, embalses superficiales, canales y otras instalaciones de contención. Por lo tanto, la función principal es siempre la contención como barrera de líquido o vapor, o ambas. Sin embargo, la gama de aplicaciones es amplia y, además del área medioambiental, las aplicaciones están creciendo rápidamente en ingeniería geotécnica, de transporte, hidráulica y de desarrollo privado (como acuicultura, agricultura, minería de lixiviación en pilas, etc.).
Los revestimientos de arcilla geosintética, o GCL, son una yuxtaposición interesante de materiales poliméricos y suelos naturales. Son rollos de capas delgadas de arcilla bentonita fabricadas en fábrica intercaladas entre dos geotextiles o unidas a una geomembrana. La integridad estructural del compuesto posterior se obtiene mediante punzonado, costura o unión adhesiva. Los GCL se utilizan como componente compuesto debajo de una geomembrana o por sí solos en aplicaciones geoambientales y de contención, así como en aplicaciones de transporte, geotécnicas, hidráulicas y muchas aplicaciones de desarrollo privado.
Geofoam es un producto polimérico creado procesando poliestireno hasta obtener una espuma que consta de muchas células cerradas llenas de aire y/o gases. La naturaleza esquelética de las paredes celulares se asemeja a estructuras óseas hechas de material polimérico no expandido. El producto resultante generalmente tiene forma de bloques grandes, pero extremadamente livianos, que se apilan uno al lado del otro y en capas, lo que proporciona un relleno liviano en numerosas aplicaciones.
Las geoceldas (también conocidas como sistemas de confinamiento celular) son estructuras celulares tridimensionales en forma de panal que forman un sistema de confinamiento cuando se rellenan con suelo compactado. Extruidas a partir de materiales poliméricos en tiras soldadas entre sí ultrasónicamente en serie, las tiras se expanden para formar las paredes rígidas (y típicamente texturizadas y perforadas) de un colchón celular 3D flexible. Relleno de suelo, se crea una nueva entidad compuesta a partir de las interacciones célula-suelo. El confinamiento celular reduce el movimiento lateral de las partículas del suelo, manteniendo así la compactación y forma un colchón rígido que distribuye las cargas en un área más amplia. Tradicionalmente utilizadas en aplicaciones de protección de taludes y retención de tierras, las geoceldas fabricadas con polímeros avanzados se están adoptando cada vez más para soportar cargas a largo plazo en carreteras y ferrocarriles. También se fabrican geoceldas mucho más grandes a partir de geotextiles rígidos cosidos en celdas unitarias similares, pero más grandes, que se utilizan para proteger búnkeres y paredes.
Los geodrenajes son productos prefabricados que consisten en uno o más elementos centrales poliméricos que transportan fluido (minitubos perforados, georedes, láminas en forma de cúspides) y uno o más geosintéticos que separan la región de flujo del entorno circundante.
Un geocompuesto consiste en una combinación de geotextiles, geomallas, georedes y/o geomembranas en una unidad fabricada en fábrica. Además, cualquiera de estos cuatro materiales se puede combinar con otro material sintético (por ejemplo, láminas de plástico deformadas o cables de acero) o incluso con tierra. Como ejemplo, una geored o un geoespaciador con geotextiles en ambas superficies y un GCL que consiste en un sándwich de geotextil/bentonita/geotextil son ambos geocompuestos. Esta categoría específica resalta los mejores esfuerzos creativos del ingeniero y fabricante. Los campos de aplicación son numerosos y están en constante crecimiento. Las funciones principales abarcan toda la gama de funciones enumeradas para los geosintéticos discutidas anteriormente: separación, refuerzo, filtración, drenaje y contención.
La yuxtaposición de los diversos tipos de geosintéticos que acabamos de describir con la función principal que el material debe cumplir permite la creación de una matriz organizativa para los geosintéticos; vea la tabla de abajo. En esencia, esta matriz es el “cuadro de mando” para comprender todo el campo de los geosintéticos y su metodología relacionada con el diseño. En la tabla se ve la función principal que cada geosintético puede cumplir. Tenga en cuenta que estas son funciones primarias y en muchos casos (si no en la mayoría) hay funciones secundarias, y quizás también terciarias. Por ejemplo, un geotextil colocado sobre suelo blando generalmente se diseñará en función de su capacidad de refuerzo, pero la separación y la filtración ciertamente pueden ser consideraciones secundarias y terciarias. Como otro ejemplo, obviamente se utiliza una geomembrana por su capacidad de contención, pero la separación siempre será una función secundaria. La mayor variabilidad desde el punto de vista de fabricación y materiales es la categoría de geocompuestos. La función principal dependerá enteramente de lo que realmente se crea, fabrica e instala.
Los geosintéticos generalmente se diseñan para una aplicación particular considerando la función principal que pueden proporcionar. Como se ve en la tabla adjunta, se dan cinco funciones principales, pero algunos grupos sugieren incluso más. [3]
La separación es la colocación de un material geosintético flexible, como un geotextil poroso, entre materiales diferentes para que la integridad y el funcionamiento de ambos materiales puedan permanecer intactos o incluso mejorarse. Las carreteras pavimentadas, las carreteras sin pavimentar y las bases de ferrocarriles son aplicaciones comunes. Además, se encuentra en esta categoría el uso de geotextiles no tejidos gruesos para amortiguación y protección de geomembranas. Además, para la mayoría de las aplicaciones de geoespuma y geoceldas, la separación es la función principal.
El refuerzo es la mejora sinérgica de la resistencia total de un sistema creada mediante la introducción de un geotextil, geomalla o geocelda (todos ellos buenos en tensión) en un suelo (que es bueno en compresión, pero pobre en tensión) u otro suelo desunido y separado. material. Las aplicaciones de esta función se encuentran en muros de tierra estabilizados y retenidos mecánicamente y en pendientes de suelo pronunciadas; se pueden combinar con revestimientos de mampostería para crear muros de contención verticales. También está involucrada la aplicación de refuerzo basal sobre suelos blandos y sobre cimientos profundos para terraplenes y cargas superficiales pesadas. Las geomallas y geoceldas de polímeros rígidos no necesitan mantenerse en tensión para proporcionar refuerzo al suelo, a diferencia de los geotextiles. La geomalla rígida 2D y las geoceldas 3D se entrelazan con las partículas de agregado y el mecanismo de refuerzo es de confinamiento del agregado. La capa de agregado estabilizada mecánicamente resultante exhibe un rendimiento de carga mejorado. Las geomallas de polímeros rígidos, con aberturas muy abiertas, además de las geoceldas tridimensionales hechas de diversos polímeros, también se utilizan cada vez más en carreteras pavimentadas y no pavimentadas, plataformas de carga y balastos de ferrocarril, donde las características de carga mejoradas reducen significativamente los requisitos de alta calidad, importados. rellenos de áridos, reduciendo así la huella de carbono de la construcción.
La filtración es la interacción de equilibrio entre el suelo y el geotextil que permite un flujo de líquido adecuado sin pérdida de suelo, a través del plano del geotextil durante una vida útil compatible con la aplicación bajo consideración. Las aplicaciones de filtración son sistemas de drenaje subterráneo de carreteras, drenaje de muros de contención, sistemas de recolección de lixiviados de vertederos , como barreras y cortinas contra sedimentos, y como formas flexibles para bolsas, tubos y contenedores.
El drenaje es el sistema de equilibrio suelo-geosintético que permite un flujo de líquido adecuado sin pérdida de suelo, dentro del plano del geosintético durante una vida útil compatible con la aplicación bajo consideración. Geopipe destaca esta función, y también georedes, geocompuestos y geotextiles de gran espesor. Las aplicaciones de drenaje para estos diferentes geosintéticos son muros de contención, campos deportivos, presas, canales, embalses y roturas capilares. También cabe señalar que los drenajes de láminas, de borde y de mecha son geocompuestos que se utilizan para diversas situaciones de drenaje de suelos y rocas. [ ¿cual? ]
La contención implica geomembranas, revestimientos de arcilla geosintética o algunos geocompuestos que funcionan como barreras para líquidos o gases. Los revestimientos y cubiertas de vertederos hacen un uso crítico de estos geosintéticos. Todas las aplicaciones hidráulicas (túneles, presas, canales, embalses superficiales y cubiertas flotantes) también utilizan estos geosintéticos.
