Los geosintéticos son productos sintéticos que se utilizan para estabilizar el terreno. Generalmente son productos poliméricos que se utilizan para resolver 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 el suelo 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 , control de sedimentos , revestimientos de vertederos , cubiertas de vertederos, minería , acuicultura y agricultura .
Las inclusiones de diferentes tipos mezcladas con tierra se han utilizado durante miles de años. 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 la carretera, especialmente cuando las carreteras se construían sobre suelo inestable. También se utilizaron para construir pendientes pronunciadas, como en varias pirámides de Egipto y también murallas. Un problema fundamental con el uso de materiales naturales ( madera , algodón , etc.) en un entorno enterrado es la biodegradación que se produce a partir de microorganismos en el suelo. Con la llegada de los polímeros a mediados del siglo XX, se dispuso de un material mucho más estable. Cuando se formula correctamente, se puede predecir una vida útil de siglos incluso en condiciones ambientales adversas.
Los primeros artículos sobre geosintéticos (tal 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 de 1977 en París 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 tienen conferencias adicionales. En la actualidad, hay institutos de geosintéticos separados, grupos comerciales y grupos de establecimiento de normas activos. 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 en constante crecimiento.
Los geotextiles forman uno de los dos grupos más grandes de geosintéticos. Son textiles que consisten en fibras sintéticas en lugar de fibras 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 manera aleatoria sin tejer. Algunas también se tejen. Los geotextiles son porosos al flujo de líquidos a lo largo de su plano de fabricación y también dentro de su espesor, pero en un grado muy variable. Se han desarrollado al menos 100 áreas de aplicación específicas para los geotextiles; 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 una tela textil tejida, no tejida o de punto, las geomallas son polímeros formados en una configuración muy abierta, similar a una rejilla, es decir, tienen grandes aberturas entre las costillas individuales en las direcciones transversal y longitudinal. Las geomallas se (a) estiran en una, dos o tres direcciones para mejorar las propiedades físicas, (b) se fabrican en maquinaria de tejido o de punto mediante métodos de fabricación textil estándar, o (c) mediante la unión de varillas o correas mediante láser o ultrasonidos. Existen muchas áreas de aplicación específicas; sin embargo, las geomallas funcionan casi exclusivamente como materiales de refuerzo.
Las georredes y, según algunos, los geoespaciadores relacionados constituyen otro segmento especializado dentro del área de los geosintéticos. Están formadas 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 similar a una red. Los dos tipos más comunes son los biplanares o los triplanares. Alternativamente, existen 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 está completamente dentro del área de drenaje donde se utilizan para transportar líquidos o gases de todo tipo.
Las geomembranas representan el otro grupo más grande de geosintéticos, y en términos de volumen de ventas en dólares, sus ventas son mayores que las de los geotextiles. Su crecimiento en los Estados Unidos y Alemania fue estimulado por regulaciones gubernamentales promulgadas originalmente a principios de la década de 1980 para el revestimiento de vertederos de residuos 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. La gama de aplicaciones, sin embargo, es grande y, además del área ambiental, las aplicaciones están creciendo rápidamente en geotecnia, transporte, ingeniería hidráulica y desarrollo privado (como acuicultura, agricultura, minería de lixiviación en pilas, etc.).
Los revestimientos de arcilla geosintética, o GCL, son una interesante yuxtaposición de materiales poliméricos y suelos naturales. Son rollos de capas delgadas de arcilla bentonítica fabricadas en fábrica intercaladas entre dos geotextiles o adheridas a una geomembrana. La integridad estructural del compuesto resultante se obtiene mediante punzonado con agujas, costura o unión adhesiva. Los GCL se utilizan como un 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 de desarrollo privado.
Geofoam es un producto polimérico creado mediante el procesamiento de poliestireno para formar una espuma que consta de muchas celdas cerradas llenas de aire y/o gases. La naturaleza esquelética de las paredes de las celdas se asemeja a las estructuras óseas hechas de material polimérico no expandido. El producto resultante generalmente tiene la 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 tierra compactada. Extruidas a partir de materiales poliméricos en tiras soldadas entre sí por ultrasonidos en serie, las tiras se expanden para formar las paredes rígidas (y típicamente texturizadas y perforadas) de un colchón celular tridimensional flexible. Al rellenarse con tierra, se crea una nueva entidad compuesta a partir de las interacciones entre las células y el suelo. El confinamiento celular reduce el movimiento lateral de las partículas del suelo, manteniendo así la compactación y formando un colchón rígido que distribuye las cargas sobre un área más amplia. Las geoceldas hechas de polímeros avanzados, que tradicionalmente se utilizan en aplicaciones de protección de pendientes y retención de tierra, se están adoptando cada vez más para el soporte de cargas de carreteras y ferrocarriles a largo plazo. También se fabrican geoceldas mucho más grandes a partir de geotextiles rígidos cosidos en celdas unitarias similares, pero más grandes, que se utilizan para búnkeres y muros de protección.
Los geodranes son productos prefabricados que consisten en uno o más elementos centrales poliméricos que transportan fluido (minitubos perforados, georredes, láminas cuspideadas) y uno o más geosintéticos que separan la región de flujo del entorno circundante.
Un geocompuesto consiste en una combinación de geotextiles, geomallas, georredes 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 ejemplos, una georrede o 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 el fabricante. Las áreas de aplicación son numerosas y en constante crecimiento. Las principales funciones abarcan toda la gama de funciones enumeradas para los geosintéticos discutidas anteriormente: separación, refuerzo, filtración, drenaje y contención.
La yuxtaposición de los distintos 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; consulte la tabla siguiente. 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 se trata de funciones principales y que en muchos casos (si no en la mayoría) existen funciones secundarias y quizás también terciarias. Por ejemplo, un geotextil colocado sobre un suelo blando normalmente se diseñará en función de su capacidad de refuerzo, pero la separación y la filtración pueden ser ciertamente consideraciones secundarias y terciarias. Como otro ejemplo, una geomembrana se utiliza obviamente por su capacidad de contención, pero la separación siempre será una función secundaria. La mayor variabilidad desde el punto de vista de la fabricación y los materiales es la categoría de los geocompuestos. La función principal dependerá completamente de lo que realmente se cree, fabrique e instale.
Los geosintéticos se diseñan generalmente para una aplicación particular teniendo en cuenta la función principal que pueden cumplir. Como se ve en la tabla adjunta, se indican 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 las vías férreas son aplicaciones comunes. También, el uso de geotextiles no tejidos gruesos para amortiguar y proteger las geomembranas se encuentra en esta categoría. 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 por la introducción de un geotextil, una geomalla o una geocelda (todos ellos buenos en tensión) en un suelo (que es bueno en compresión, pero malo en tensión) u otro material desunido y separado. Las aplicaciones de esta función son en muros de tierra mecánicamente estabilizados y retenidos y en pendientes 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 polímero rígido no tienen que mantenerse en tensión para proporcionar refuerzo del suelo, a diferencia de los geotextiles. Las geomallas rígidas 2D y las geoceldas 3D se entrelazan con las partículas de agregado y el mecanismo de refuerzo es uno de confinamiento del agregado. La capa de agregado estabilizada mecánicamente resultante exhibe un rendimiento de carga mejorado. Las geomallas de polímero rígido, con aberturas muy abiertas, además de las geoceldas tridimensionales hechas de varios polímeros, también se especifican cada vez más en carreteras pavimentadas y sin pavimentar, plataformas de carga y balasto ferroviario, donde las características de carga mejoradas reducen significativamente los requisitos de rellenos de agregados importados de alta calidad, reduciendo así la huella de carbono de la construcción.
La filtración es la interacción equilibrada entre el suelo y el geotextil que permite un flujo adecuado de líquido sin pérdida de suelo, a lo largo del plano del geotextil durante una vida útil compatible con la aplicación en cuestión. Las aplicaciones de filtración son los sistemas de drenaje subterráneo de carreteras, el drenaje de muros de contención, los sistemas de recolección de lixiviados de vertederos, las vallas y cortinas para sedimentos y las formas flexibles para bolsas, tubos y contenedores.
El drenaje es el sistema de equilibrio entre el suelo y el geosintético que permite un flujo adecuado de líquidos sin pérdida de suelo, dentro del plano del geosintético durante una vida útil compatible con la aplicación en cuestión. Los geotubos destacan esta función, al igual que las georredes, los geocompuestos y los geotextiles de gran espesor. Las aplicaciones de drenaje para estos diferentes geosintéticos son muros de contención, campos deportivos, presas, canales, embalses y barreras capilares. También cabe destacar que los drenajes de láminas, de borde y de mecha son geocompuestos utilizados para diversas situaciones de drenaje de suelos y rocas. [ ¿Cuáles? ]
La contención implica el uso de 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.
Las geomembranas se utilizan como barreras impermeables en el revestimiento y la cubierta de los vertederos artificiales. Son láminas sintéticas planas de baja permeabilidad que sirven como barreras o revestimientos en proyectos de construcción para controlar el movimiento de fluidos. Fabricadas con materiales poliméricos, asfálticos o una combinación de ambos, las geomembranas ofrecen una solución eficaz cuando los revestimientos de arcilla natural o compactada por sí solos pueden no proporcionar una protección ambiental adecuada contra la migración de lixiviados en condiciones del subsuelo, o pueden requerir un espesor significativo para hacerlo. Agregar una geomembrana como barrera adicional ofrece un enfoque rentable para cumplir con los estándares regulatorios. Dependiendo de la aplicación, hay varios tipos disponibles, como GCL (revestimiento de arcilla geosintética), HDPE (polietileno de alta densidad) y LDPE (polietileno de baja densidad). Los vertederos artificiales brindan oportunidades para usar geosintéticos para diferentes propósitos en múltiples áreas. La Figura 6 muestra un ejemplo típico de aplicaciones de geosintéticos en diferentes áreas de un vertedero construido.
Los geosintéticos, que se aplican a la superficie del suelo como protección , estabilizan la zona al impedir el movimiento de las partículas del suelo y la erosión causada por el viento y el agua, y a menudo fomentan el crecimiento de la vegetación. Los métodos tradicionales, como el refuerzo de hormigón, pueden resultar costosos debido a la presión hidráulica del suelo. Para evitar la erosión en las riberas de los ríos y las costas, se utilizan habitualmente gaviones, tubos y bolsas de geotextil. [4]
