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GEOSINTÉTICOS

 Los geosintéticos se han convertido en los materiales de ingeniería de mayor

desarrollo en las últimas décadas, cuyas aplicaciones van cada día en aumento,

en especial en el área de la ingeniería vial y la ingeniería medioambiental. Pueden fabricarse en diferentes formas y sus aplicaciones abarcan

 prácticamente todos los campos de la Ingeniería Civil, el riego y la edificación

donde esté en contacto con el terreno.

1  DEFINICIONESLos geosintéticos son materiales hechos a base de materiales sintéticos, mayormente

 polímeros. Por lo general se usa poliéster, polipropileno, cloruro de polivinilo, polestireno de

alta densidad, etc.

Se les puede definir como cualquier material textil fabricado en materiales sintéticos,usado en tierra, suelo, roca o cualquier otro material relacionado con la Ingeniería Civil

y que forma parte integral de un proyecto, estructura o sistema realizado por el hombre. 

2  CLASIFICACIÓNDentro de los geosintéticos se encuentra dos grandes familias: 1) las geomembranas y 2) los

geotextiles. Además, existen otros geosintéticos, que básicamente son combinaciones de los

anteriores, como las geomallas, las georedes y los geocompuestos.

Geomembrana Geomalla Geored GeocompuestosPolietileno de alta

densidad

Polietileno de alta

densidad

Polietileno de alta

densidad

Polietileno de alta

densidad

Sin aberturas,

impermeable

Malla o red de

abertura pequeña

Malla o red de

abertura grande

Combinaciones de

geomembrana ofibras

Monofilamento Mult if ilamento Punzonado Termounido

Cinta Fibras o filamentos

Filamentos unidos

por agujas o

métodos mecánicos

Filamentos unidos

por métodos

térmicos

GEOSINTÉTICOS

Geotextil

Poliester o polipropileno

Mantos permeables y resistentes

No tejidosFilamentos superpuestosHilos entrecruzados

Tejidos

 

Figura 1 Clasificación de los geosintéticos usados en Ingeniería Civil.

2.1  Geomembranas

Las geomembranas son láminas delgadas y flexibles (similares a un jebe de caucho), producidas con polietileno de alta densidad. Su principal característica es su impermeabilidad.

Sus aplicaciones van desde minería como base de pozas de lixiviación, recogiendo las

soluciones ácidas hasta aplicaciones en agricultura para bases de tanques y en construcción en

general, como sellante o protección en rellenos sanitarios, etc.

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Figura 2 Aplicación de una geomembrana en un reservorio en Tacna.

Su impermeabilidad es mucho mayor que la de muchos materiales impermeables. Por ejemplo

las arcillas naturales o modificadas tienen una conductividad hidráulica neta de

aproximadamente 10-9 m/s., mientras que la permeabilidad de una geomembrana es del orden

de 10-13 hasta 10-15 m/s.

Dentro de los polímeros que sirven de materias primas para la fabricación de lasgeomembranas, el polietileno (HDPE y LLDPE) y el PVC (Cloruro de polivinilo) son los más

ampliamente usados a nivel mundial. El polietileno de Alta densidad es el polímero que

 presenta mayor inercia química (resiste más) y resistencia a rayos UV. El polietileno de baja

densidad es más flexible. La geomembrana de PVC tiene una gran resistencia a la

deformación multiaxial, la cual le permite soportar grandes asentamientos y deformaciones.

Las geomembranas de polietileno son producidas por extrusión y pueden ser texturizadas en

una o dos caras para crear superficies de mayor fricción, cuando sea necesario, para la

impermeabilización de taludes y la instalación de capas de suelo de cobertura sobre ellas.

La instalación de las geomembranas es crítica por cuanto se requiere el perfecto sellado de lasuniones para asegurar la impermeabilidad. Por tanto, debe ser realizada por instaladores de

 probada experiencia e idoneidad.

Figura 3 Esquema de la instalación de geomembranas. Se adquieren en rollos de hasta 6 m de ancho.

2.2  GeotextilesLos geotextiles son textiles hechos a base de fibras sintéticas. Se puede decir que son mantos

fabricados con fibras sintéticas cuyas funciones se basan en la capacidad de filtración y en su

resistencia mecánica. Un concepto más técnico del geotextil es un material textil permeable, a

 base de polímeros. Se usa mucho en la Ingeniería Civil en obras que se encuentran en

contacto con el suelo o con otros materiales, para dar estabilidad, soporte, separación, drenaje

en suelos o estructuras enterradas, filtros, protección, refuerzo y lucha contra la erosión de

superficies.

Según la ASTM (norma 4439), los geotextiles se definen como cualquier material textil

permeable utilizado en tierra, suelo, roca o cualquier otro material relacionado con la

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Ingeniería Civil y que forma parte integral de un proyecto, estructura o sistemarealizado por el hombre. 

Según el proceso de fabricación de los geotextiles, se clasifican en 1) tejidos y 2) no tejidos.

Las fibras sintéticas son puestas en un tejido flexible y poroso por una máquina tejedora

estándar, de modo que se obtiene un geotextil tejido o puestas juntas en un enmarañado alazar, dando lugar a un geotextil no tejido.

2.2.1  Geotextiles tejidosLos geotextiles tejidos están formados por dos hilos o series de hilos que se entrecruzan para

formar los textiles. El modelo particular de tejido se determina por la secuencia en la cual los

estambres de urdimbre son hilados en el telar y la posición del equipo de urdimbre para cada

elección de relleno.

Figura 4 Muestras de geotextiles tejidos.

A su vez, los geotextiles tejidos se pueden subdividir en 1) geotextiles monofilamento,

cuando el hilo está conformado por una sola fibra (como una cinta), y 2) geotextiles

multifilamento, cuando el hilo está conformado por varias fibras o filamentos (como un

cordón).

Figura 5. Tipos de fibras de los geotextiles tejidos.

Las principales características de los geotextiles tejidos son:

▫  Alta resistencia mecánica respecto a otros geotextiles.

▫  Poco filtrantes y drenantes respecto a los geotextiles no tejidos punzonados por agujas.

▫ 

Elongaciones bajas, usualmente entre 5 y 25%.▫  Bajo costo comparado con los geotextiles no tejidos.

2.2.2  Geotextiles no tejidosLos geotextiles no tejidos están formados por fibras o filamentos superpuestos entre sí

formando una especie de manta, a la que se da consistencia por medios mecánicos, térmicos o

químicos.

Las fibras pueden ser cortas con una longitud menor de 25 cm o continuas, con longitudesmayores. La distribución aleatoria de las fibras en el cuerpo del geotextil es más homogénea

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en el de fibras cortas que en el de fibras continuas, lo cual produce una mayor desviación

estándar y una mayor distancia entre los valores promedio y los valores MARV de sus

 propiedades mecánicas e hidráulicas.

Los geotextiles no tejidos se pueden subdividir a su vez en 1) geotextiles termo unidos,

cuando las fibras se unen por métodos térmicos o 2) geotextiles punzonados, donde las fibraso filamentos son unidos por agujas o en general métodos mecánicos.

Figura 6. Muestra de geotextiles no tejidos.

Las principales características de los geotextiles no tejidos son:▫  Muy filtrantes y drenantes, respecto a los geotextiles tejidos.

▫  Elongaciones muy altas, usualmente superiores al 50%

▫  Resistencias mecánicas bajas respecto de los geotextiles tejidos.

3  PROPIEDADES MECÁNICASExiste una gran variedad de ensayos que tienen como objetivo determinar las propiedades de

resistencia en función a la dirección, la uniformidad y la duración de la carga aplicada y del

área sobre la cual se aplica la carga. Por lo general, por las aplicaciones, estas propiedades se

miden en los geotextiles, aunque en algunos casos se evalúan también en las geomembranas y

demás materiales. El más importante y usado es el comportamiento tensión-elongación quese mide a partir de un ensayo de tensión biaxial, donde se restringe la deformación lateral delgeotextil.

Convencionalmente, la tensión se mide en unidades de esfuerzo (fuerza por unidad de área),

 pero en los geotextiles, esto puede tener problemas por las variaciones en los espesores

durante los ensayos, especialmente en los geotextiles delgados. Por ello, se prefiere

cuantificar la tensión en unidades de fuerza por unidad de longitud.

El ensayo usado para medir la resistencia a la tensión es el método de tira ancha (wide width,

ASTM D4595), obteniéndose una curva Fuerza-Elongación que permite calcular el módulo

secante del geotextil, necesario para el diseño por refuerzo. Otro ensayo que permite obtenerla resistencia a la tensión en términos de fuerza y la elongación del mismo se denomina

método GRAB. Los fabricantes generalmente utilizan este ensayo como una herramienta decontrol de calidad, pero no se recomienda su uso como parámetro de diseño para aplicaciones

como refuerzo.

Ambos ensayos mantienen una probeta de material, en todo su ancho, en las mordazas de una

máquina de tracción que se desplaza a una velocidad de 10 mm/min, mientras que se va

aplicando una fuerza longitudinal a la probeta hasta que se rompe. El valor de la carga

máxima registrada en el dial de la máquina constituye la resistencia a la tracción y el módulo

secante se calcula como la pendiente de la línea trazada entre el origen del eje de deformación

hasta el punto donde la deformación alcanza un valor del 10%.

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La principal diferencia entre estos dos métodos radica en el tamaño de la probeta. El método

de tira ancha usa un ancho de especimen y una longitud mayores al método GRAB. El ancho

es a su vez mayor que el largo, buscando reducir el efecto de encogimiento del especimen,

 proporcionando una relación más próxima al comportamiento esperado del geotextil sobre el

terreno, así como un método de comparación de geosintéticos entre sí.

4  FUNCIONES DE LOS GEOTEXTILESEntre las funciones más importantes se tienen:

4.1  Separación.La colocación de una tela porosa y flexible entre materiales distintos los mantiene

aislados, de modo que su integridad y funcionamiento permanecen intactos se mejoran.

La separación se aplica entre un suelo malo y uno bueno, para evitar el intercambio de un

agregado seleccionado con el suelo de fundación (evitar que se mezclen) o para separar un

suelo seleccionado y de alto valor, del suelo existente, que es generalmente fino.

4.2 

Filtración.En suelos donde el agua se mueve a través de él, las partículas finas pueden sufrir una

migración. La idea es permitir el paso libre del agua sin dejar pasar el suelo. Para ello se

requiere de una adecuada permeabilidad, una apertura del textil y una adecuada retención

del suelo. Adicionalmente, se requiere la compatibilidad de flujo suelo-geotextil que sea

 perdurable, para evitar una excesiva colmatación durante le período de servicio del

sistema.

4.3  DrenajeSe relaciona con la función de filtración evitando la pérdida de suelo, durante un tiempo

de servicio compatible con la aplicación. El geotextil se coloca de manera que el líquido

fluye en el plano del geotextil. La capacidad de drenaje dependerá, como es lógico, de la

textura del geotextil. Por ello, un geotextil tejido delgado tiene un drenaje muy pobre,

mientras que los no tejidos punzonados por agujas, gruesos, pueden drenar flujos

importantes.

4.4  RefuerzoLa debilidad del suelo está en la separación de las partículas (desmoronamiento). Mientras

que un suelo sólo tiene capacidad a compresión, un geotextil puede resistir tensiones altas,complementando esta debilidad del suelo. La función de un geotextil es formar, junto con

el suelo (a manera de sándwich) un mejoramiento sinérgico de la resistencia total del

sistema.

4.5  ProtecciónComo protección, el geotextil actúa protegiendo geomembranas impermeables; de modo

que impide que se produzcan daños mecánicos de abrasión o punzonamiento. Se suelen

escoger geotextiles no tejidos con suficiente espesor para cumplir convenientemente su

función, independientemente de su capacidad filtrante. Se miden sus propiedades de i)

resistencia al punzonamiento, ii) pPerforación dinámica por caída libre de cono y iii)

Espesor (efecto colchón para protección de la geomembrana).

4.6  Protección impermeable

Muchas veces, lo que se busca es evitar o retardar el calcado de fisuras en otrosmateriales, como el pavimento de asfalto. En esos casos, se espera que el geotextil se

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comporte como una barrera impermeable. Pero, por definición y fabricación, un geotextil

siempre es permeable. Por ello, para lograr la impermeabilidad se puede saturar un

geotextil no tejido con un tipo de bitumen. Con ellos se convierten en capas impermeables

a flujos, tanto transversales como longitudinales a sus planos.

5  SELECCIÓN DE GEOTEXTILESLa selección dependerá de las condiciones reales e hidráulicas del suelo, pero se pueden

ofrecer algunas consideraciones generales aplicadas según el caso:

a.  Gravas graduadas y arenas gruesas. Se requieren geotextiles tejidos, tanto

monofilamentos o multifilamentos, muy abiertos para permitir el flujo y disminuir el

riesgo de que se obstruyan con el material.

 b. 

Arenas y gravas con menos del 20% de finos (arenas o gravas muy sucias o limosas).

Se prefieren geotextiles tejidos de monofilamento y geotextiles no tejidos punzonados

con grandes aberturas para reducir el riesgo de obstrucción. Para geotextiles no tejidostermo unidos y no tejidos punzonados delgados, se requieren pruebas de filtración.

c.  Suelos con finos entre un 20% a un 60% (limo o arena limosa). Se deben realizar

ensayos de filtración en todos los tipos de geotextiles.

d.  Suelos con más de 60% de finos (limo o limo arcilloso). Los geotextiles punzonados y

no tejidos termo unidos pesados tienden a trabajar mejor porque evitan el paso de los

finos. Si se tienen problemas de bloqueos, la permeabilidad de la estructura debería ser

igual al del suelo natural.

e. 

Suelos no cohesivos bien graduados. Se pueden usar geotextiles tejidos

monofilamento como un filtro de la arena.

f. 

Limos con trazas de arena. Considerar el uso de un filtro de arena uniforme sobre el

suelo con un geotextil tejido para prevenir el movimiento del filtro de arena.

Alternativamente, se puede considerar el uso de un geotextil no tejido punzonado

delgado, directamente contra el suelo, ya que como el agua puede fluir lateralmente a

través del geotextil, éste puede obstruirse localmente.

Estas observaciones generales no significan necesariamente recomendaciones, pero

 proporcionan algún dato sobre las consideraciones para seleccionar el material óptimo. Notienen la intención de excluir el uso de otros geotextiles que también puedan aplicarse.