materiales geosintéticos
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Materiales de Construcción Materiales Geosintéticos
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INTRODUCCIÓN
En la actualidad, la utilización de materiales Geosintéticos en obras de ingeniería
geotécnica y vías terrestre se ha incrementado de manera exponencial, que se ha
vuelto casi imposible la construcción de elementos de este tipo sin el uso de ellos.
Estos materiales tienen diferentes aplicaciones, pueden ser empleados en refuerzos de
talud, mejoramiento de suelos, entre otros, formando parte de diversas estructuras,
desarrollando un comportamiento íntimamente ligado con el material geosintético.
La impermeabilización de las obras de infraestructura en diferentes campos de
aplicación con el empleo de Geo membranas sintéticas, cada día es más frecuente,
debido a que este sistema trae consigo ventajas económicas, técnicas y ambientales.
Estas últimas se constituyen en un tema de vital importancia debido a la normativa que
en los últimos años se ha creado para regular el uso y manejo de los recursos naturales.
Los geosintéticos se derivan de fibras artificiales, compuestos básicamente de
polímetros como polipropileno, poliéster, poliamida y polietileno, siendo los 2 primeros
los de mayor utilización en la actualidad.
Los tipos de geosintéticos más comunes utilizados en el campo de la ingeniería son los
geotextiles, las geomallas, las geomembranas, las georedes, geocompuestos y mantos
para control de erosión derivados de la unión de las características y cualidades de
cada uno de los anteriores.
Existen varios campos de aplicación de los geosintéticos en el mundo de la construcción
y la edificación como son: obras viales, obras hidráulicas, sistemas de control de
erosión, aplicaciones medioambientales, entre otras.
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Capítulo 14 MATERIALES GEOSINTÉTICOS
14.1. DEFINICIÓN
Geosintético es un producto en el
que, por lo menos, uno de sus
componentes es a base de
polímero sintético o natural, y se
presenta en forma de filtro,
manto, lámina o estructura
tridimensional, usada en contacto
con el suelo o con otros
materiales dentro del campo de
la geotecnia o de la ingeniería
civil.
Los geosintéticos se derivan de
fibras artificiales, compuestos
básicamente de polímetros como
polipropileno, poliéster, poliamida y polietileno, siendo los 2 primeros los
de mayor utilización en la actualidad.
14.2. BENEFICIOS
Con el empleo de estos materiales se pueden tener los siguientes
beneficios:
Reduce los costos de Producción.
Sirve como barrera contra la erosión de los suelos.
Funcionan como manto drenante, en reemplazo de estratos de
material granular.
Es inerte frente a la mayoría de agentes químicos.
Refuerza el suelo, mejorando sus cargas ultimas.
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Permite la construcción de taludes de gran inclinación, inclusive de
muros verticales de gran altura.
14.3. CLASIFICACIÓN DE LOS GEOSINTÉTICOS
Los materiales geosintéticos pueden ser ampliamente clasificados según
el método de manufactura. Las actuales denominaciones junto con breves
descripciones son las siguientes:
I. Geotextiles
Son mantas de hilos tejidos, son flexibles y permeables.
II. Geomembranas
Láminas continuas y flexibles elaboradas de uno más materiales
sintéticos.
III. Geomallas
Tienen la apariencia de una malla abierta.
IV. Geocompuestos
Hechos de la combinación de dos o más tipos de geosintéticos.
V. Geoceldas
Redes tridimensionales relativamente gruesas construidas por tiras
planchas de polímero.
14.4. GEOTEXTILES
Los geotextiles se definen como “un material
textil plano, permeable polimérico (sintético
o natural) que puede ser No Tejido, Tejido o
tricotado y que se utiliza en contacto con el
suelo (tierra, piedras, etc.) u otros materiales
en ingeniería civil para aplicaciones
geotécnicas”.
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14.4.1 Clasificación
14.4.1.1 Según su Método de Fabricación
Tenemos las siguientes clases:
a) Geotextiles Tejidos
Son aquellos formados por cintas entrecruzadas en una
máquina de tejer. 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.
b) Geotextiles No Tejidos
Están 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 o fibras.
14.4.1.2 Según su Composición
Las fibras que más se emplean son las sintéticas, siendo por ello
que siempre tendemos a asociar al geotextil con fibras o
filamentos sintéticos. Sin embargo al existir gran diversidad de
aplicaciones, también se fabrican con fibras naturales y
artificiales.
a) Fibras Naturales
Pueden ser de origen animal (lana, seda, pelos...) vegetal
(algodón, yute, coco, lino...) que se utilizan para la
fabricación de geotextiles biodegradables utilizados en la
revegetación de taludes, por ejemplo, en márgenes de ríos
etc.
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b) Fibras Artificiales
Son las derivadas de la celulosa. Son el rayón, la viscosa y el
acetato.
c) Fibras Sintéticas
Los geotextiles fabricados con estos polímeros son de gran
durabilidad y resistentes a los ataques de microorganismos y
bacterias. Los más empleados son el polipropileno, poliéster,
polietileno, poliamida y poliacrílico
14.5. GEOMENBRANAS
Las Geomembranas son productos
geosintéticos en forma laminar,
continua y flexible, utilizadas como
barrera impermeable de líquidos u
otros fluidos en proyectos ambientales
o de ingeniería civil, específicamente
diseñadas para condiciones expuestas a
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rayos UV. Pueden ser fabricadas a base de diversos polímeros, siendo las
más comunes las Geomembranas de Polietileno. Este es el tipo de
Geomembranas más utilizadas por su precio y versatilidad.
14.5.1 Clasificación
Igualmente existen membranas con características técnicas
especiales:
Geomembranas De Polietileno de alta flexibilidad para el
recubrimiento de túneles.
Geomembranas Texturizadas para desarrollar más
fricción con el suelo cuando los taludes a impermeabilizar
tienen pendientes importantes.
Geomembranas Con Aditivos especiales para retardar la
combustión en aplicaciones donde se requieran materiales
de construcción con flamabilidad controlada.
14.6. GEOMALLAS
Son estructuras tridimensionales pero con
la característica de ser mono o
bi - orientadas, fabricadas en polietileno
de alta densidad utilizando un proceso de
extrusión, logrando una mayor
adherencia al terreno y una mayor
durabilidad en el medio que los
geotextiles.
14.6.1 Clasificación
Como se mencionó anteriormente se dividen en dos tipos, los
cuales se enuncian a continuación:
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a) Geomallas Coextruídas Mono – Orientadas
Las geomallas mono-orientadas, son estructuras bi-
dimensionales producidas de polietileno de alta densidad
(HDPE) utilizando un proceso de extrusión seguido de un
estiramiento mono-direccional.
Este tipo de geomallas Coextruídas de HDPE, son totalmente
inertes a las condiciones químicas o biológicas que se
presentan normalmente en el suelo, poseen gran resistencia a
los esfuerzos de tensión, soportando hasta 160KN/m
aproximadamente, da como resultado el concepto de
estructura en suelo reforzado, similar al concepto del concreto
y el acero de refuerzo.
b) Geomallas Coextruídas Bi – Orientadas
Este tipo de geomallas son estructuras bi-dimensionales
fabricadas de polipropileno, químicamente inertes y con
características uniformes y homogéneas, producidas mediante
un proceso de extrusión y luego estiradas de forma
longitudinal y transversal.
Este proceso genera una estructura de distribución uniforme
de espacios rectangulares de alta resistencia a la tensión en
ambas direcciones y un alto módulo de elasticidad.
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Este tipo de geomallas Coextruídas se componen de elementos
y nudos rígidos que proveen un gran confinamiento.
Son particularmente efectivas para reforzar estructuras de
pavimentos rígidos y flexibles
14.7. GEOCOMPUESTOS
Diseñado específicamente
para estabilización de suelos
donde se requieran tanto
refuerzo como separación de
una base granular y un
subsuelo muy fino. Uniendo
un geotextil no tejido a una
geomalla, lo que permite una
gran interacción con el suelo
reforzado, completa
separación de los diferentes
tipos de suelos, una efectiva acción de filtración, gran resistencia a la
tensión con un alto módulo elástico, gran resistencia a los daños durante
la instalación y un excelente comportamiento a los agentes atmosféricos.
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14.7.1 Clasificación
Estos compuestos se clasifican en tres y son los siguientes:
a) Geodrén Pavco
Este tipo de geocompuesto surgió básicamente como una
alternativa a los sistemas tradicionales de drenaje y para brindar
un producto que tuviera la capacidad de conducir flujos en
mayores cantidades que las que un geotextil puede manejar,
debido a la magnitud de algunos proyectos.
b) Geodrén Planar
El geodrén planar es el sistema más adecuado para captar y
conducir los fluidos en su plano hacia un sistema de evacuación.
Este geocompuesto se utiliza principalmente para los sistemas de
drenaje en muros de contención, drenaje de terraplenes, drenaje
de campos deportivos, captación de lixiviados dentro de rellenos
sanitarios y sistemas de drenaje en vías.
c) Geodrén Circular
El geodrén circular es un geocompuesto que combina las
excelentes propiedades hidráulicas de tres elementos que
conforman al sistema: geotextil No Tejido punzonado por agujas,
geored y tubería circular perforada de drenaje. Este geocompuesto
integra estos elementos para obtener un sistema prefabricado de
drenaje que, instalado en zanjas o trincheras, permite captar y
evacuar con alta eficiencia los fluidos. Al igual que el geodrén
planar, este sistema de drenaje con tubería se utiliza para muros
de contención, rellenos sanitarios, campos deportivos, terraplenes
y para los subdrenes en vías, con la función adicional de
evacuación de fluidos por medio de la tubería.
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14.8. GEOCELDAS
Sistemas tridimensionales de
confinamiento celular fabricadas en
paneles de polietileno o polipropileno,
siendo muy resistentes para el
confinamiento de cargas, utilizándose
para aumentar la capacidad de carga
de los suelos, sin generar problemas de
contaminación beneficiando al entorno
ecológico.
Permite el drenaje del agua con libertad
14.9. FUNCIONES
Se pueden dividir en dos grupos:
14.9.1 Clasificación
14.9.1.1 Hidráulicas
En este grupo tenemos:
a) Drenaje
Los geosintéticos actúan como drenes para conducir el
flujo a través de suelos menos permeables. Por ejemplo,
los geotextiles son usados para disipar las presiones de
poro en la base de terraplenes viarios. Para grandes flujos
fueron desarrollados drenes de geocompuestos. Estos
materiales han sido usados como drenes de canto en
pavimentos, drenes de interceptación en taludes, y
drenes de contrafuertes y muros de contención. Drenes
verticales prefabricados (PDV’s) han sido usados para
acelerar la consolidación de fundaciones con suelos
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blandos cohesivos debajo de terraplenes y rellenos
previamente cargados.
b) Filtración
Los geosintéticos actúan en forma similar a un filtro de
arena permitiendo el movimiento de agua a través del
suelo y reteniendo las partículas traídas por el flujo. Por
ejemplo, los geotextiles son usados para prevenir la
migración de agregados de los suelos o la formación de
canalículos cuando se tiene drenaje en el sistema. Los
geotextiles son usados también debajo de “rip-rap” y
otros materiales en sistemas de protección para prevenir
la erosión del suelo como en terraplenes de ríos y costas.
c) Barrera Impermeable
Los geosintéticos actúan como una barrera impermeable
para fluidos entre las capas de los pavimentos y/o
encapsulación de suelos expansivos entre otros. Por
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ejemplo, geomembranas, películas finas de geotextil y
geotextiles impregnados con asfalto, elastómeros u otro
tipo de mezclas poliméricas son usados como barreras
que impiden el flujo de líquidos.
14.9.1.2 Mecánicas
En este grupo tenemos:
a) Separación
Los geosintéticos actúan para separar dos camadas de
suelo que tienen diferentes distribuciones de partículas.
Por ejemplo, los geotextiles son usados para prevenir que
materiales de base penetren suelos blandos de estratos
subyacentes, manteniendo la espesura de diseño y la
integridad de la vía. Separadores ayudan también en la
prevención del acarreamiento de granos finos en dirección
de estratos granulares permeables.
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b) Refuerzo
Los geosintéticos actúan como un elemento de refuerzo
dentro de la masa de suelo o en combinación con el
propio suelo para producir un compuesto que mejore las
propiedades de resistencia y deformación. Por ejemplo,
geotextiles y geomallas son usados para adicionar
resistencia a tracción a la masa de suelo y posibilitar
paredes de suelo reforzado verticales o casi verticales.
c) Protección
Esta función permite que el sistema geotécnico no se
deteriore. El geotextil actúa protegiendo geomembranas
impermeables; de modo que impide que se produzcan
daños mecánicos de abrasión o punzonamiento.
En esta función debe tenerse en cuenta los siguientes
parámetros:
Resistencia al punzonamiento.
Perforación dinámica por caída libre de cono.
Espesor (efecto colchón para protección de la
geomembrana.)
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14.10. APLICACIONES
14.10.1 Geotextiles
Espesor (efecto colchón para protección de la
geomembrana.)
Permiten la construcción de vías sobre suelos blandos y
saturados.
Disminuyen los espesores iniciales de la base y la sub-
base.
Logran un, mejor confinamiento de los agregados.
Evitan el desarrollo de baches o hundimientos.
Crean una condición drenada en el relleno mejorando las
propiedades de resistencias del material.
Actúan como filtro impidiendo el arrastre del material
durante el flujo del agua.
Mejoran la superficie de rodadura.
Incrementan la vida útil del pavimento, reduciendo el
programa de mantenimiento de la vía.
14.10.1 Geomembranas
Recubrimientos para agua potable desperdicios líquidos
peligrosos, material radioactivo, canales de conducción,
material sólido, material de relleno, para evacuación de
lixiviados.
Para impermeabilizar la cara de tierra en presas de roca,
fachadas de mampostería en presas
Como cubierta en reservorios flotantes para control de
filtración.
Como barrera para los olores en rellenos.
Bajo autopistas para prevenir polución y para recoger
derramamiento de líquidos peligrosos.
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14.10.1 Geomallas
Las principales aplicaciones de las geomallas Coextruídas mono-
orientadas se enuncian a continuación:
Refuerzo de muros y taludes.
Refuerzo de terraplenes con taludes pronunciados y
diques.
Estabilización de suelos blandos.
Reparación de deslizamientos.
Ampliación de cresta de taludes.
Reparación de cortes en taludes.
Estribos, muros y aletas de puentes.
Muros vegetados o recubiertos con concreto.
Las principales aplicaciones de las geomallas Coextruídas bi–
direccionales se enuncian a continuación:
Refuerzo en bases de caminos pavimentados y no
pavimentados.
Refuerzo en estructuras de pavimento de pistas de
aterrizaje en aeropuertos.
Refuerzo debajo del balasto de las vías de ferrocarril.
Como sistema de contención sobre rocas fisuradas.
14.10.1 Geocompuestos
Como drenaje en los espaldones de los muros de
contención.
Como drenaje debajo de las geomembranas en presas y
canales.
Como sistema de subdrenaje de campos deportivos.
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Como sistema de subdrenaje debajo de la fundación de
edificaciones.
Como sistema de subdrenaje en carreteras y pistas de
aterrizaje.
Como sistema de subdrenaje debajo de terraplenes.
En rellenos sanitarios como sistema de evacuación de
gases y lixiviados.
Sistemas de subdrenaje en sótanos.
Sistema de drenaje de aguas de infiltración en muros de
contención.
Sistema de subdrenaje en cimentaciones.
14.10.1 Geoceldas
Protección frente a la erosión producida en taludes.
Protección de márgenes de canales.
Estabilidad de terrenos.
Estructura de contención de tierras.
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ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN
Los materiales geosintéticos, poseen propiedades mecánicas apropiadas, alta
resistencia física, gran inercia química, aislamiento eléctrico alto, no absorben
humedad y son inertes a agentes biológicos.
Las Geoceldas por su estructura en forma de celdas ofrece las mismas ventajas
que los geotextiles en taludes pero, en lugar de proteger el geosintético con
material de aporte, se rellena el interior de las celdas con material granular y
tierra vegetal, permitiendo así que el talud tenga una superficie verde.
El uso de estos materiales ofrece la ventaja de ser una alternativa más
económica comparada con métodos constructivos tradicionales siendo
versátiles, flexibles, resistentes y se adaptan a las irregularidades de las
superficies y condiciones donde se colocan.
Son de fácil y rápido manejo y aplicación, y no requieren equipo especializado,
teniendo una amplia variedad de aplicaciones en la construcción y aumentan la
vida útil de las instalaciones.
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CONCLUSIONES
La colocación de geosintéticos como refuerzo es para proveer soporte
estructural a las cargas de tráfico durante la vida útil del pavimento. Debido a
que los beneficios de los geosintéticos en el refuerzo de estructuras de
pavimentos no se pueden determinar en forma analítica, se necesita hacer
secciones de prueba para cuantificar el beneficio.
El proceso de instalación de los geosintéticos en las obras es relativamente
simple, por lo que el control de calidad debe ser estricto con el fin de evitar que
se cometan errores durante la colocación, que fácilmente pueden ser pasados
por alto y ocasionar que el geosintético presente un bajo desempeño en su
funcionabilidad durante la vida útil del proyecto.
Para establecer el tipo de geosintético a emplear en una determinada obra, se
debe tener en cuenta la norma que nos brinda los requerimientos mínimos que
estos deben poseer de acuerdo a la función para la cual será utilizado ya sea
separación, refuerzo, repavimentación, filtración y drenaje.
Con estas aplicaciones se avanza hacia soluciones de ingeniería cada vez más
seguras, económicas y duraderas, que tienden a proteger el medio ambiente
donde convivimos y a lograr una armonía del paisaje que nos rodea.
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RECOMENDACIONES
Los geosintéticos como alternativa de solución a problemas de construcción,
pueden ser utilizados en muchas aplicaciones en obras civiles, por ejemplo
cimentaciones de edificios, estabilidad de taludes, rellenos sanitarios, control de
erosión, protección de obras costeras, etc. Por lo que el estudio de alguna de
estas aplicaciones podría ser muy importante.
La utilización de estos materiales nos va a permitir la reducción del tiempo de
ejecución y lo costos de financiamiento de los proyectos ejecutados, resultando
en un aumento de la calidad de las construcciones.
La colocación de un material geosintético como separación, asegura que la
conformación inicial de las capas, espesor y granulometría, se mantenga a lo
largo de toda la vida útil de la estructura del pavimento, evitando la
contaminación de la capa de súbase con material de subrasante.
Existen dos alternativas de aplicación de geosintéticos en obras de subdrenaje
en carreteras, el sistema tradicional de geotextil con material granular filtrante
y el sistema de geocompuesto drenante. Con ambos sistemas se logra un
aumento en la vida útil de los pavimentos, en el primero, el geotextil actúa
como una barrera que impide la contaminación del material filtrante (grava)
con finos, mientras que en el segundo el geodrén actúa como un medio de
conducción que transporta el agua en su plano hacia la tubería. Comparando
los dos sistemas con el geodrén se obtiene un proceso constructivo más
eficiente al reducirse los tiempos de instalación.
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BIBLIOGRAFIA
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http://www.construmatica.com/construpedia/Aplicaci%C3%B3n_de_Geotextiles_en
_Taludes
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http://www.coval.com.co/pdfs/manuales
http://www.impermembranas.com/01b.html
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