Geosintéticos en Ingeniería Civil Los geosintéticos son los productos generalmente poliméricos utilizados para resolver problemas de ingeniería civil. Esto incluye ocho categorías de productos principales: geotextiles, geomallas, geore des, geomembranas, revestimientos geosintéticos de arcilla, Geofoam, 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. Adecuadamente formulado, sin embargo, pueden también ser utilizados en aplicaciones expuestas. Geosintéticos están disponibles en una amplia gama de formas y materiales, cada uno que se adaptan a un uso final ligeramente diferente. Estos productos tienen una amplia gama de aplicaciones y se utilizan en la actualidad en muchos, transporte, geoambientales, hidráulicos y de desarrollo privado aplicaciones civiles, geotécnicas. Incluye carreteras, campos de aterrizaje, vías férreas, terraplenes, estructuras de contención, embalses, canales, presas, control de la erosión. 1. Historia Las inclusiones de diferentes tipos mezclados con el suelo se han utilizado durante miles de años. Fueron utilizados en la construcción de carreteras en época é poca romana para estabilizar caminos y sus bordes. Estas primeras tentativas fueron hechas de fibras naturales, tejidos o vegetación mezclados con tierra para mejorar la calidad de la carretera, sobre todo cuando las carreteras fueron construidas en suelo inestable. También fueron utilizados para construir fuertes pendientes como con varias pirámides de Egipto y las paredes t ambién. Un problema fundamental con el uso de materiales naturales (madera, algodón, etc) en un entorno e nterrado es la biodegradación que se produce por microorganismos en el suelo. Con el advenimiento de los polímeros en e l medio del siglo 20 un material mucho más est able se hizo disponible. Cuando se formula adecuadamente, tiempos de vida de siglos se pueden predecir incluso para condiciones ambientales duras. Los primeros trabajos sobre geosintéticos en la década de 1960 (tal como los conoc emos hoy en día) eran como filtros en los Estados Unidos y como refuerzo en Europa. La c onferencia de 1977 en París, r eunió a muchos de los primeros fabricantes y profesionales. La Sociedad Internacional de Geosintéticos (IGS), fundada en 1982, ha organizado posteriormente conferencia mundial cada cuatro años y sus numerosos capítulos tienen conferencias adicionales. En la actualidad los institutos separados geosintéticos, comercio-grupos y grupos de establecimiento de normas están activos. Aproximadamente veinte universidades enseñan cursos independientes sobre geosintéticos y casi todos incluyen el tema en geotecnia, geoambiental, y los cursos de ingeniería hidráulica. Geosintéticos están disponibles en todo el mundo, y la actividad es sólida y en constante crecimiento.
2. Categorías Geotextiles Los geotextiles son uno de los dos g rupos más grandes de los geosintéticos. Su aumento en el crecimiento durante los últimos 35 años ha sido poco menos que extraordinario. De hecho, son los textiles en el se ntido tradicional, sino que consisten en fibras sintéticas en lugar de las naturales tales como algodón, lana, seda o. Por lo tanto la de gradación biológica y la vida útil corta posterior no es un problema. Estas fibras sintéticas se hace en las telas flexibles, porosas por máquinas de tejer estándar o están e nmarañados entre sí de manera aleatoria no te jida. Algunos también están de
punto. El punto importante es que los geotextiles son poroso al flujo de líquido a través de su plano fabricado y también dentro de su espesor, pero en un grado muy variable. Hay por lo menos 100 áreas de aplicación específicas para los geotextiles que se han desarrollado; Sin embargo, la tela siempre realiza al menos una de las cuatro funciones discretas: separación, refuerzo, filtración y / o dre naje. geomallas Geomallas representan un segmento de rápido crecimiento dentro de los geosintéticos. En lugar de ser un tejido, no tejido o tejido de punto, geomallas son polímeros formados en una configuración de rejilla muy abierto, es dec ir, tienen grandes aberturas entre las costillas individuales en las direcciones transversal y longitudinal. Las geomallas son (a) o bien estirados en una, dos o tres direcciones para mejorar las propiedades físicas, (b) hechas en e l tejido o máquinas de tejer por métodos de fabricación tex til estándar, o (c) por láser o la unión por ultrasonidos varillas o correas juntas. Hay muchas áreas de aplicación específicas, sin embargo, geomallas funcionan casi exclusivamente como mater iales de refuerzo. Georedes / geoespaciadores Georedes y los geoespaciadores relacionadas, por algunos, constituyen otro segmento e specializado en el área de los geosintéticos. Están formados por una extrusión continua de conjuntos paralelos de costillas poliméricos en ángulos agudos entre sí. Cuando se abren las costillas, relativamente gr andes aberturas se forman en una configuración en forma de red. Existen dos tipos más comunes de biplanar o tres planos. Alternativamente muchos tipos muy diferentes de núcleos de drenaje están disponibles. Se componen de protuberancias, láminas de polímeros con hoyuelos o cuspated, redes tridimensionales de fibras de polímeros rígidos en diferentes configuraciones y pequeños tubos de drenaje o espaciadores dentro de geotextiles. Su función es de diseño completamente dentro del área de drenaje, donde se utilizan para transportar líquidos o gases de todos los t ipos. [1] Geomembranas Geomembranas representan el otro grupo más gr ande de geosintéticos, y en volumen de dólares sus ventas son mayores que la de los geotextiles. Su crecimiento en los Estados Unidos y Alemania se vio estimulada por las regulaciones gubernamentales originalmente promulgada en la década de 1980 para e l revestimiento de los vertederos de residuos sólidos. Los materiales en sí son hojas relativamente delgadas, impermeables de material polimérico utilizados principalmente para revestimientos y c ubiertas de líquidos-o instalaciones de almacenamiento sólido. Esto incluye todos los tipos de vertederos, embalses, canales y otras instalaciones de contención. Así, la función primaria es siempre como una barrera de contención de líquido o vapor o ambos. La gama de aplicaciones, sin embargo, e s grande, y además del área de medio ambiente, las aplicaciones están creciendo rápidamente en geotéc nica, el transporte, la hidráulica y la ingeniería de desarrollo privado (tales como la acuicultura, la ag ricultura, la minería de lixiviación en pilas, etc.) Revestimientos de arcilla geosintéticos Revestimientos geosintéticos de arcilla, o GCL, son una interesante yuxtaposición de materiales poliméricos y suelos naturales. Son rollos de fábrica fabricadas finas capas de arcilla de bentonita e n sándwich entre dos geotextiles o unido a una geomembrana. La integridad estructural del material compuesto subsiguiente se obtiene por punzonado con agujas, costura o unión adhesiva. GCL se utilizan como un componente compuesto debajo de una geomembrana o por sí mismos en aplicaciones geoambientales y contención, así como en el transporte, geotécnica, hidráulica, y muchas aplicaciones privadas de desarrollo. Geofoam Geoespuma es un producto creado por un proceso de expansión polimérico de poliestireno que resulta en una "espuma" que consiste en muchos cerrado, pero, células llenas de gas. La naturaleza del esqueleto de las paredes de las células es el material polimérico no expandido. El producto resultante está generalmente en la forma de grandes, pero extremadamente ligeros, bloques que se apilan de lado a lado proporcionando relleno ligero en numerosas aplicaciones. geoceldas Geoceldas (también conocidos como sistemas celulares de confinamiento) son estructuras celulares alveolares tridimensionales que forman un sistema de confinamiento cuando infilled con suelo compactado. Extruidos a partir de materiales poliméricos en tiras soldadas entre sí ultrasónicamente en serie, las tiras se expanden para formar las paredes rígidas (y típicamente de textura y perforadas) de un colchón celular flexible en 3D. Infilled con tierra, una nueva entidad compuesta se crea 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 c olchón rígido que distribuye la carga sobre un área más amplia. Tradicionalmente utilizado en la protección de taludes y las aplicaciones de retención de tierra, geoceldas hechas de polímeros avanzados se están adoptando cada vez más para el camino a
largo plazo y el apoyo de carga por ferrocarril. Geoceldas mucho más grandes también se hacen de los geotextiles rígidas cosidos en células similares, pero más grandes, de la unidad que se utilizan para búnkeres de protección y paredes. geocompuestos Un geocompuesto consiste en una combinación de los geotext iles, geomallas, georedes y / o las geomembranas en una unidad fabricada de fábrica. Además, cualquiera de estos cuatro materiales se pueden combinar con otro material sintético (por ejemplo, hojas de plástico deformado o cables de acero) o incluso con el suelo. Como ejemplos, una geored o geospacer con geotextiles en ambas superficies y una GCL c onsiste en un sándwich geotextil / bentonita / geotextil son ambos geocompuestos. Esta categoría específica pone de manifiesto los esfuerzos creativos del ingeniero y fabricante. Las áreas de aplicación son numerosas y en c onstante crecimiento. Las principales funciones abarcan toda la gama de funciones que se enumeran para geosintéticos discutidos previamente: separación, refuerzo, filtración, drenaje y contención. 3 . Funciones La yuxtaposición de los diferentes tipos de geosintéticos se acaban de descr ibir con la función principal de que el material se llama a servir permite la creación de una matriz de organización de geosintéticos ; véase la Tabla 1 . En esencia , esta matriz es el " cuadro de mando " para la compre nsión de todo el campo de geosintéticos y su metodología de diseño relacionados . En la Tabla 1 , la función principal que cada geosintético puede ser llamado a servir es visto . Tenga en cuenta que se trata de funciones primarias y en muchos casos ( si no la mayoría ) de los casos hay funciones secundarias , y tal vez los terciarios también. Por ejemplo , un geotextil colocado en suelo blando por lo general será diseñado sobre la base de su capacidad de refuerzo , pero la separación y la filtración puede ciertamente ser consideraciones secundarias y terciarias . Como otro ejemplo , una geomembrana se utiliza , evidentemente, por su capacidad de contención , pero la separación siempre ser á una función secundaria . La mayor variabilidad de un punto de vista de fabricación y los materiales es la categoría de geocompuestos . La función principal va a depender por completo de lo que se crea realmente , fabricado e instalado . Tabla 1 - Identificación de la Función primaria usual para cada tipo de Geosintéticos ipo de Geosintéticos (GS) 2.1 Geotextil (GT)
Separación
reforzamiento
filtración
drenaje
X
X
X
X
2.2 geomalla (GG)
contención
X
2.3 Geonet (GN) o Geospacer (GR)
X
2.4 Geomembranas (GM)
X
2.5 Geosintéticos Arcilla Liner (GCL)
X
2.6 Geofoam (GF)
X
2.7 Geoceldas (GL)
X
X
2.8 Geocompuesto (GC)
X
X
X
X
X
Los geosintéticos son generalmente diseñados para una aplicación en particular te niendo en cuenta la función principal que se puede proporcionar. Como se observa en el cuadro adjunto, hay cinco funciones principales dadas, pero algunos grupos sugieren aún más. La separación es la colocación de un material geosintético flexibles, como un geotextil porosa, entre materiales diferentes de modo que la integridad y el funcionamiento de ambos materiales pueden permanecer intactas o incluso ser mejorada. Las carreteras pavimentadas, caminos sin pavimentar, y las bases del ferrocarril son aplicaciones comunes. También, el uso de geotextiles no tejidos g ruesos para amortiguación y protección de las geomembranas es en esta categoría. Además, para la mayoría de aplicaciones de Geofoam y geoceldas, la se paración es la función principal. El refuerzo o refuerzamiento es la mejora sinérgica de la fuerza de un sistema total creado por la introducción de un geotextil , geomalla o geocelda ( todos los cuales son buenas en tensión ) en un suelo ( que es bueno en la compresión , pero pobre en tensión ) u otr o inconexa y separados material. Las aplicaciones de esta función están e n mecánicamente estabilizada y conservado los muros de tierra y laderas empinadas de suelo ; que se pueden combinar con los revestimientos de mampostería para crear muros de conte nción verticales . También involucrado es la aplicación de refuerzo basal sobre suelos blandos y fundaciones sobre profundas para terraplenes y cargas superficiales pesados . Geomallas de polímeros rígidos y geoceldas no tienen que ce lebrarse en tensión para proporcionar un refuerzo del suelo, a diferencia de los geotext iles . Stiff geomalla 2D y 3D de enclavamiento geoceldas con las partículas de agregado y el mecanismo de refuerzo es uno de confinamiento del agregado . Las exposiciones de la capa de agregados estabilizados mecánicamente resultan mejor rendimiento portante . Geomallas de polímeros rígidos , c on aperturas muy
abiertas , además de geoceldas tridimensionales hechas de diversos polímeros se especifican también cada vez más en las carreteras no pavimentadas y asfaltadas, las plataformas de carga y lastre de ferrocarril , en los que las características portantes mejorados reducen significativamente los requisitos de alta calidad , importados agre gada llena , lo que reduce la huella de carbono de la construcción . La filtración es el equilibrio de interacción suelo-geotextil que permite el flujo adecuado de líquido y sin la pérdida de suelo, a través del plano del geotex til durante toda la vida de servicio compatible con la aplicación en c uestión. Aplicaciones de filtración son los sistemas de desagüe subterráneo de la carretera, el drenaje de muro de contención, sistemas de recogida de lixiviados de vertederos, como cercas de cieno y cortinas, y las formas como flexibles para bolsas, tubos y continentes. El drenaje es el sistema de equilibrio suelo-geosintético que permite un flujo adecuado de líquidos y sin la pérdida de suelo, en el plano del geosintético durante toda la vida de servicio compatible con la aplicación en c uestión. Geopipe resalta esta función, y también georedes, geocompuestos y geotextiles muy gruesas. Aplicaciones de drenaje para estos diferentes geosintéticos son muros de contención, canchas deportivas, pre sas, canales, embalses, y se rompe el capilar. También a tener en cuenta es que la hoja, borde y drenajes verticales son geocompuestos utiliza en distintos ámbitos de suelo y drenaje de roca. Contención implica geomembranas, revestimientos de arcilla geosintéticos, o algunos geocompuestos que funcionan como barreras de líquido o gas. Revestimientos de rellenos sanitarios y las cubiertas hacen uso crítico de estos geosintéticos. Todas las aplicaciones hidráulicas (túneles, presas, canales, embalses, y las cubiertas flotantes) utilizan estos geosintéticos también. 4 . Ventajas • El control de calidad de fabricación de geosintéticos en un ambiente controlado de la fábrica es una gran ventaja sobre el suelo al aire libre y la construcción de roca . La mayoría de las fábricas son ISO 9000 certificada y tienen sus propios programas de calidad de la casa también. • La delgadez de geosintéticos en comparación con su contraparte natural del suelo es una ventaja en la medida de peso como la luz en el subsuelo , e l espacio aéreo inferior se utiliza, y la evitación de la arena de cantera , grava y materiales del suelo de arcilla. • La facilidad de instalación de geosintéticos es significativo en comparación con gruesas c apas de suelo (arenas, gravas o arcillas) que requieren equipos de movimiento de tierra g rande. • Las normas publicadas (métodos de prueba , guías y e specificaciones) están muy avanzados en las organizaciones de establecimiento de normas como la ISO , ASTM, y GSI . • Los métodos de diseño están disponibles en la actualidad en muchas fuentes de publicación , así como universidades que enseñan cursos independientes en geosintéticos o han integrado los geosintéticos e n geotécnica tradicional , geoambiental , y los cursos de ingeniería hidráulica . • Al comparar diseños geosintéticos para suelo natural alternativa diseños por lo general hay ventajas en costes y sostenibilidad invariablemente ( menor huella de CO2) ventajas. 5. Desventajas • Rentabilidad a largo plazo de la resina formulada particular que se usa para hacer el geosintético debe garantizarse mediante el uso de aditivos adecuados, incluyendo antioxidantes, filtros ultravioleta, y cargas. • El curso de la vida expuesta de geosintéticos, siendo polimérico, está a menos de impresionar como cuando están de suelo rellenado. • La obstrucción de los geotextiles, geor edes, geopipe y / o geocompuestos es un diseño desafiante para ciertos tipos de suelos o situaciones inusuales. Por ejemplo, los suelos de loess, limos finos no cohesivos, líquidos muy turbias y líquidos cargados de microorganismos (escorrentía agrícola) son problemáticos y generalmente requieren evaluaciones de pruebas especializadas. • Manipulación, almacenamiento, y la instalación deben quedar garantizados mediante un c uidadoso control de calidad y aseguramiento de la calidad sobre la cual se ha escrito mucho.
