Una geomembrana es un revestimiento o barrera de membrana sintética de muy baja permeabilidad que se utiliza con cualquier material relacionado con la ingeniería geotécnica para controlar la migración de fluidos (o gases) en un proyecto, estructura o sistema creado por el hombre. Las geomembranas están hechas de láminas poliméricas continuas relativamente delgadas, pero también pueden estar hechas de la impregnación de geotextiles con asfalto , elastómero o aerosoles de polímero , o como geocompuestos bituminosos multicapa. Las geomembranas continuas de láminas de polímero son, con mucho, las más comunes.
Fabricación
La fabricación de geomembranas comienza con la producción de las materias primas, que incluyen la resina polimérica y varios aditivos como antioxidantes, plastificantes, rellenos, negro de humo y lubricantes (como coadyuvante de procesamiento). Estas materias primas (es decir, la "formulación") se procesan luego en láminas de varios anchos y espesores mediante extrusión , calandrado y / o recubrimiento extendido.
Las geomembranas dominan las ventas de productos geosintéticos, [2] a US $ 1.8 mil millones por año en todo el mundo, lo que representa el 35% del mercado. [3] El mercado de EE. UU. Se divide actualmente entre HDPE, LLDPE, fPP, PVC, CSPE-R, EPDM-R y otros (como EIA-R), y se puede resumir de la siguiente manera: [ cita requerida ] (Tenga en cuenta que M m 2 se refiere a millones de metros cuadrados).
- polietileno de alta densidad (HDPE) ~ 35% o 105 M m 2
- polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) ~ 25% o 75 M m 2
- cloruro de polivinilo (PVC) ~ 25% o 75 M m 2
- polipropileno flexible (fPP) ~ 10% o 30 M m 2
- polietileno clorosulfonado (CSPE) ~ 2% o 6 M m 2
- terpolímero de etileno propileno dieno (EPDM) ~ 3% o 9 M m 2
Lo anterior representa aproximadamente $ 1.8 mil millones en ventas mundiales. Las proyecciones para el uso futuro de geomembranas dependen en gran medida de la aplicación y la ubicación geográfica. Los revestimientos y las cubiertas de los rellenos sanitarios en América del Norte y Europa probablemente experimentarán un crecimiento modesto ( ~ 5%), mientras que en otras partes del mundo el crecimiento podría ser espectacular (10-15%). [ cita requerida ] Quizás los mayores aumentos se verán en la contención de cenizas de carbón y la extracción de lixiviación en pilas para la captura de metales preciosos.
Propiedades
La mayoría de los métodos de prueba de geomembrana genéricos a los que se hace referencia en todo el mundo son de ASTM International | Sociedad Americana de Pruebas y Materiales ( ASTM ) debido a su larga trayectoria en esta actividad. Más recientes son los métodos de prueba desarrollados por la Organización Internacional de Normalización ( ISO ). Por último, el Instituto de Investigaciones Geosintéticas (GRI) ha desarrollado métodos de prueba que son solo para métodos de prueba no abordados por ASTM o ISO. Por supuesto, los países y fabricantes individuales a menudo tienen métodos de prueba específicos (y en ocasiones) patentados.
Propiedades físicas
Las principales propiedades físicas de las geomembranas en el estado de fabricación son:
- Espesor (hoja lisa, texturizada, altura de aspereza)
- Densidad
- Índice de fluidez de fusión
- Masa por unidad de área (peso)
- Transmisión de vapor (agua y disolvente).
Propiedades mecánicas
Hay una serie de pruebas mecánicas que se han desarrollado para determinar la resistencia de los materiales laminares poliméricos. Muchos se han adoptado para su uso en la evaluación de geomembranas. Representan tanto el control de calidad como el diseño, es decir, pruebas de índice versus rendimiento.
- resistencia a la tracción y alargamiento (índice, ancho amplio, simétrico y costuras)
- resistencia al desgarro
- Resistencia al impacto
- resistencia a la perforación
- resistencia al cizallamiento de la interfaz
- fuerza de anclaje
- agrietamiento por tensión (carga constante y un solo punto).
Resistencia
Cualquier fenómeno que provoque la escisión de la cadena polimérica , la rotura de uniones, el agotamiento de los aditivos o la extracción dentro de la geomembrana debe considerarse que compromete su rendimiento a largo plazo. Hay una serie de posibles preocupaciones a este respecto. Si bien cada uno es específico del material, la tendencia general del comportamiento es hacer que la geomembrana se vuelva quebradiza en su comportamiento de tensión-deformación con el tiempo. Hay varias propiedades mecánicas para rastrear en el monitoreo de tal degradación a largo plazo: la disminución en el alargamiento en la falla, el aumento en el módulo de elasticidad , el aumento (luego disminución) en la tensión en la falla (es decir, la resistencia) y la pérdida general de ductilidad. . Obviamente, muchas de las propiedades físicas y mecánicas podrían usarse para controlar el proceso de degradación polimérica.
- exposición a la luz ultravioleta (laboratorio de campo)
- degradación radiactiva
- degradación biológica (animales, hongos o bacterias)
- degradación química
- comportamiento térmico (caliente o frío)
- degradación oxidativa.
Toda la vida
Las geomembranas se degradan lo suficientemente lentamente como para que su comportamiento durante la vida sea aún desconocido. Por lo tanto, la prueba acelerada , ya sea por alto estrés, temperaturas elevadas y / o líquidos agresivos, es la única forma de determinar cómo se comportará el material a largo plazo. Los métodos de predicción de por vida utilizan los siguientes medios para interpretar los datos:
- Prueba de límite de esfuerzo: un método de la industria de tuberías de HDPE en los Estados Unidos para determinar el valor del esfuerzo base de diseño hidrostático.
- Método de proceso de tasa: utilizado en Europa para tuberías y geomembranas, el método produce resultados similares a los de las pruebas de límite de tensión.
- Enfoque multiparamétrico de Hoechst: un método que utiliza tensiones biaxiales y relajación de tensiones para la predicción de la vida útil y que también puede incluir costuras.
- Modelado de Arrhenius: un método para probar geomembranas (y otros geosintéticos ) descrito en Koerner para condiciones tanto enterradas como expuestas. [1] [ fuente autoeditada ]
Costura
El mecanismo fundamental de unir láminas de geomembrana polimérica es reorganizar temporalmente la estructura del polímero (mediante fusión o ablandamiento) de las dos superficies opuestas para unirlas de manera controlada que, después de la aplicación de presión, da como resultado que las dos láminas se unan entre sí. . Esta reorganización es el resultado de una entrada de energía que se origina en procesos térmicos o químicos . Estos procesos pueden implicar la adición de polímero adicional en el área a unir.
Idealmente, la unión de dos láminas de geomembrana no debería dar como resultado una pérdida neta de resistencia a la tracción a través de las dos láminas, y las láminas unidas deberían funcionar como una sola lámina de geomembrana. Sin embargo, debido a las concentraciones de tensión que resultan de la geometría de la costura, las técnicas de costura actuales pueden resultar en una menor resistencia a la tracción y / o pérdida de elongación en relación con la hoja madre. Las características de la zona de costura son función del tipo de geomembrana y de la técnica de costura utilizada.
Aplicaciones
Las geomembranas se han utilizado en las siguientes aplicaciones ambientales, geotécnicas, hidráulicas, de transporte y de desarrollo privado:
- Como revestimientos para agua potable
- Como revestimientos para el agua de reserva (por ejemplo, cierre seguro de instalaciones nucleares)
- Como revestimientos para líquidos residuales (p. Ej., Lodos de depuradora)
- Revestimientos para líquidos residuales radiactivos o peligrosos
- Como revestimientos para la contención secundaria de tanques de almacenamiento subterráneos
- Como revestimientos para estanques solares
- Como revestimientos para soluciones de salmuera
- Como revestimientos para la industria agrícola
- Como revestimientos para la industria de la acuicultura, como estanques de peces / camarones
- Como revestimientos para pozos de agua de campos de golf y bunkers de arena.
- Como revestimientos para todo tipo de estanques decorativos y arquitectónicos
- Como revestimientos para canales de transporte de agua.
- Como revestimientos para varios canales de transporte de residuos.
- Como revestimientos para vertederos de desechos sólidos primarios, secundarios y / o terciarios y pilas de desechos
- Como revestimientos para almohadillas de lixiviación en pilas
- Como cubiertas (tapones) para vertederos de residuos sólidos
- Como cubiertas para digestores de estiércol aeróbicos y anaeróbicos en la industria agrícola
- Como cubiertas para cenizas de carbón de centrales eléctricas
- Como revestimientos para paredes verticales: simple o doble con detección de fugas
- Como cortes dentro de presas de tierra divididas en zonas para el control de filtraciones
- Como revestimientos para aliviaderos de emergencia
- Como revestimientos impermeabilizantes dentro de túneles y tuberías.
- Como revestimiento impermeable de presas de tierra y enrocado.
- Como revestimiento impermeable para presas de hormigón compactado con rodillo
- Como revestimiento impermeable para presas de mampostería y hormigón
- Dentro de ataguías para control de filtraciones
- Como depósitos flotantes para el control de filtraciones
- Como cubiertas de depósitos flotantes para prevenir la contaminación
- Para contener y transportar líquidos en camiones.
- Para contener y transportar agua potable y otros líquidos en el océano.
- Como barrera a los olores de los vertederos.
- Como barrera a los vapores (radón, hidrocarburos, etc.) debajo de los edificios.
- Para controlar suelos expansivos
- Para controlar suelos susceptibles a las heladas
- Para proteger las áreas susceptibles a los hundimientos del agua que fluye
- Para prevenir la infiltración de agua en áreas sensibles
- Para formar tubos de barrera como presas
- Para afrontar soportes estructurales como ataguías temporales
- Conducir el flujo de agua en los caminos preferidos
- Debajo de las carreteras para evitar la contaminación por sales de deshielo.
- Debajo y adyacente a las carreteras para capturar derrames de líquidos peligrosos
- Como estructuras de contención para recargos temporales
- Para ayudar a establecer la uniformidad de la compresibilidad y el hundimiento del subsuelo.
- Debajo de superposiciones de asfalto como capa impermeabilizante
- Para contener las pérdidas por filtración en los tanques sobre el suelo existentes.
- Como formas flexibles donde no se puede permitir la pérdida de material.
Ver también
Referencias
- ↑ a b Koerner, RM (2012). Diseñar con geosintéticos (6ª ed.). Xlibris Publishing Co., 914 págs.[ fuente autoeditada ]
- ^ Acerca de, geomembranas (2019). "Geomembranas" .
- ^ a b Müller, WW; Saathoff, F. (2015). "Geosintéticos en ingeniería geoambiental" . Ciencia y Tecnología de Materiales Avanzados . 16 (3): 034605. Código Bibliográfico : 2015STAdM..16c4605M . doi : 10.1088 / 1468-6996 / 16/3/034605 . PMC 5099829 . PMID 27877792 .
Otras lecturas
- Boletín ICOLD 135, Sistemas de sellado de geomembranas para presas , 2010, París, Francia, 464 págs.
- August, H., Holzlöhne, U. y Meggys, T. (1997), Advanced Landfill Liner Systems , Thomas Telford Publ., Londres, 389 págs.
- Kays, WB (1987), Construcción de revestimientos para reservorios, tanques y Fundación para el control de la contaminación , J. Wiley and Sons, Nueva York, NY, 379 págs.
- Rollin, A. y Rigo, JM (1991), Geomembranes: Identification and Performance Testing , Chapman y Hall Publ., Londres, 355 págs.
- Müller, W. (2007), Geomembranas de HDPE en geotecnia , Springer-Verlag Publ., Berlín, 485 págs.
- Sharma, HD y Lewis, SP (1994), Sistemas de contención de desechos, Estabilización de desechos y vertederos , J. Wiley and Sons, Nueva York, NY, 586 págs.