1. Introducción

Dentro de la denominación genérica de geosintéticos se encuentran aquellos materiales de deformabilidad apreciable, fabricados a base de materiales sintéticos, que poseen cualidades suficientes para proporcionar una mejora sustancial en una o varias de las propiedades que se requiere a los terrenos en las obras de ingeniería. Hoy en día es una realidad que los geosintéticos y productos relacionados constituyen una alternativa a los productos utilizados en obra civil, aportando una serie de ventajas tanto en las soluciones constructivas aportadas basadas en sus prestaciones técnicas como en sustanciales ahorros de coste.

Esta labor sin embargo no es fácil ya que se precisa de un esfuerzo por parte del fabricante en conocer todos los nuevos usos y aplicaciones posibles, así como una labor tanto por parte del usuario y fabricante de conocer la normativa vigente, a veces ardua e incomprensible, en la que se basan estos productos y bajo la cual deben ser comercializados en la Unión Europea. El marcado CE de los geosintéticos se realiza hoy día en función del uso o utilización y no del carácter funcional como hubiese sido lógico.

Los diferentes usos son:

• Carreteras.
• Trenes.
• Estructuras de contención.
• Terraplenes.
• Drenaje.
• Control de la Erosión.
• Embalses.
• Canales cubiertos y no cubiertos.
• Túneles y Estructuras subterráneas.
• Vertederos de residuos líquidos y sólidos.

2. Clasificación de los Geosintéticos

Los geosintéticos se fabrican con polímeros, destacándose los siguientes:

• Las poliamidas: Son materiales difícilmente inflamables con una elevada resistencia a la abrasión y buen comportamiento a la fluencia, lo que les convierte en materiales muy útiles en la construcción de tierra. Las dos variedades más empleadas en la fabricación de geosintéticos son la PA-6 y la PA-66, ambas obtenidas a partir de derivados del petróleo.
• Las poliolefinas: se utilizan básicamente el polietileno y el polipropileno. La característica principal de esta familia de polímeros es su total insensibilidad a concentraciones pequeñas y medianas de productos químicos. Son materiales fácilmente inflamables con altas deformaciones en la rotura y poca resistencia a fluencia.
• Los poliésteres: Presentan módulos de deformación elevados, baja deformabilidad y buen comportamiento a fluencia. Se trata de materiales resistentes a los disolventes, al agua de mar y a los ácidos, siendo sensibles a productos básicos sólo para valores de pH superiores a 11.

2.1. Geotextiles

Se denomina geotextil a un material textil plano, permeable y polimérico (sintético o natural) que se emplea en contacto tanto con suelos como con otros materiales en ingeniería civil para aplicaciones geotécnicas. Casi todas sus aplicaciones se basan en su capacidad de filtro, es decir, dejar pasar el agua y retener finos. También es importante su alta resistencia a perforación y el espesor de algunos geotextiles en la utilización como protección de geomembranas.

Dentro de los geotextiles distinguimos básicamente los siguientes:

2.1.1 Geotextiles no tejidos

Geotextil en forma de lámina plana con fibras, filamentos u otros elementos orientados regular o aleatoriamente, unidos por métodos químicos, mecánicos, por medio de calor, o combinación de ellos.

2.1.2 Geotextiles tejidos

Se trata de un geotextil fabricado al entrelazar, generalmente en ángulo recto, dos o más conjuntos de hilos, fibras, filamentos, cintas u otros elementos. Gozan de alta resistencia a tracción para valores de deformación bajos y reducida tendencia a la fluencia. La estructura bidimensional obtenida presenta una fuerte anisotropía, ya que posee dos direcciones preferentes, perpendiculares entre sí: el sentido de la fabricación o urdimbre, y el perpendicular al sentido de fabricación o trama.

2.1.3 Geotextiles mixtos

Producto resultado de la unión de distintos Geotextiles. Por ejemplo, es común en obras hidráulicas la unión de dos Geotextiles no tejidos, uno actuando de filtro y el otro de protección.

2.2. Geomembranas

Se denomina geomembrana a unas membranas sintéticas de muy baja permeabilidad utilizadas tanto en contacto con el suelo como con otros materiales en obras de ingeniería civil para controlar la migración de fluidos en proyectos, sistemas o estructuras. Suelen ser de láminas de polietileno de alta densidad con cierta cantidad de aditivos antioxidantes y estabilizantes térmicos.

2.3. Productos Relacionados

2.3.1. Geomalla

Red regular abierta de elementos resistentes a tracción integralmente conectados, cuyas uniones pueden haberse formado por extrusión, ligaduras o entrelazado, y cuyas aberturas son mayores que sus elementos constitutivos, y que se emplean en contacto tanto con el suelo como con otros materiales en ingeniería civil para aplicaciones geotécnicas. Se trata de geosintéticos de muy alta resistencia a tracción, escasa deformación y muy baja tendencia a la fluencia.

2.3.2. Geoestera

Estructura tridimensional permeable y polimérica (natural o sintética), fabricada con filamentos ligados, empleada por ejemplo, para soportar partículas de suelo, raíces y pequeñas plantas en ingeniería civil para aplicaciones de control de erosión y contención de suelos.

2.3.3. Geocélula

Estructura tridimensional permeable, reticular o en nido de abeja, polimérica (natural o sintética) fabricada con tiras de Geotextiles o geomallas unidas de forma alternativa. Se emplea, al igual que las anteriores, en aplicaciones de control de erosión y contención de suelos.

2.3.4. Geored

Estructura plana polimérica consistente en una red regular y densa cuyos elementos constitutivos están unidos mediante nudos, y cuyas aberturas son mucho mayores que dichos elementos. Se emplea en aplicaciones de transmisión de vapor y líquidos.

2.4. Geocompuestos

Los geocompuestos son productos ensamblados que se fabrican empleando al menos un geotextil o producto relacionado con geotextiles entre sus componentes, y que se utilizan en contacto tanto con el suelo como con otros materiales en ingeniería civil para aplicaciones geotécnicas. Dentro de los geocompuestos, los más utilizados son: geotextil más geored, utilizado debajo de la geomembrana como elemento de drenaje, y geotextil tejido más geotextil no tejido, para refuerzo de muros y taludes.

3. Funciones Tecnológicas de los Geosintéticos

3.1. Introducción

El empleo de los geosintéticos en los diferentes campos de aplicación puede definirse mediante la funciones que van a desarrollar. En la mayoría de las aplicaciones el geosintético cumple simultáneamente varias funciones, aunque siempre habrá una principal que determina la elección del tipo que se debe utilizar.

Para que estos productos puedan proporcionar un grado de seguridad suficiente en el desarrollo de sus funciones, su fabricación a partir de las materias primas debe ser estrictamente controlada mediante el chequeo de sus propiedades durante todo el proceso productivo. No obstante, la forma en que el geosintético va a desarrollar sus funciones no depende únicamente del proceso de fabricación, sino que dependerá en gran parte del proceso de instalación en obra. De esto se deduce la necesidad de realizar una supervisión cuidadosa en la instalación del geosintético si se desea conseguir un completo desarrollo de sus funciones.

Se describen a continuación las distintas funciones que pueden desempeñar los geosintéticos:

3.2. Función de Filtro

En el desarrollo de esta función, característica de los geotextiles, el material permite el paso a fluidos a través suyo, al mismo tiempo que retiene el suelo y otras partículas sujetas a fuerzas hidrodinámicas. Este fluido, agua procedente de la superficie o del subsuelo con más o menos contaminantes, puede llegar a producir altos gradientes hidráulicos que hagan necesario su drenaje.

El comportamiento filtrante tan diverso de los diferentes geotextiles depende de su estructura, y por tanto del proceso de fabricación. Un geotextil se puede utilizar como filtro siempre y cuando sea más permeable que el suelo a filtrar y tenga capacidad de retener las partículas de grano fino o fluir agua de la capa de grano fino a la de grano grueso. Los geosintéticos que son capaces de desarrollar de forma más eficiente esta función son los geotextiles no tejidos agujeteados debido a su estructura tridimensional y a la regularidad de su abertura de poros. También se podrían emplear Geotextiles tejidos monofilamento, ya que la constancia del diámetro de sus filamentos y la regularidad de su ensamblaje definen bastante el tamaño de poros resultante.

3.3. Función de Separación

Esta función, desempeñada por los geotextiles, consiste en la separación de dos capas de suelo de diferentes propiedades físicas (granulometría, consistencia, densidad, etc.) evitando permanentemente la mezcla de material. Se puede permitir el paso de la fracción más fina del suelo a través del geosintético en los momentos iniciales siempre que sea de forma limitada, ya que esto propicia la formación de un esqueleto de suelo que supone un filtro natural para el resto del suelo. Esta pérdida inicial de granos finos provocará unos asientos en la estructura que se deberán estudiar con antelación para saber si son o no aceptables.

Por otra parte, si se prevén cargas variables sobre el geosintético, el esqueleto antes mencionado colapsará y perderá su utilidad. En estos dos casos la perdida inicial de granos finos no se debe permitir y se deberá optar por un geosintético de tamaño de poro menor. Al igual que en el caso de la función filtro, los geosintéticos más adecuados para ejercer la función de separación van a ser los no tejidos agujeteados y algunas modalidades de geotextiles tejidos.

3.4. Función de Refuerzo

En esta función se aprovecha el comportamiento a tracción del geosintético para mejorar las propiedades mecánicas de una capa de suelo, con el fin de controlar los esfuerzos tangenciales tanto en la fase de construcción como en la de servicio. El geosintético juega puntualmente un papel de armadura u unión entre los granos, permitiendo difundir y repartir las tensiones locales. Estas acciones mejoran la calidad de los suelos aumentando la capacidad portante la estabilidad de la construcción. Los geotextiles tejidos de poliéster son los más adecuados para desempeñar la función de refuerzo. En suelos no cohesivos las geomallas desarrollan también esta función de forma muy eficaz.

3.5. Función de Drenaje

Esta función se define como la aptitud de los geotextiles para conducción de líquidos y gases a través de su plano; en otras palabras, permite la evacuación del agua y del aire del suelo en el que se emplea. La efectividad del drenaje de un suelo dependerá de la capacidad del geosintético empleado y del gradiente de presiones a lo largo del camino de evacuación del fluido.

No todos los geosintéticos están capacitados para cumplir esta función. Los Geotextiles no tejidos pueden ser empleados con éxito a condición de que su espesor bajo carga sea suficiente para mantener ciertos valores de transmitividad. Existen también una serie de estructuras sintéticas tridimensionales capaces de mantener grandes capacidades de descarga aún estando sometidos a altas presiones.

3.6. Función de Protección

Consiste en la protección permanente de sistemas de impermeabilización con geomembranas contra daños mecánicos (perforaciones y desgaste) en la etapa de construcción y posteriormente. Para hacer frente a las solicitaciones impuestas, los geosintéticos que se utilicen en protección deberán cumplir determinadas exigencias de espesor y resistencia mecánica.

3.7. Función de Impermeabilización

Esta función se consigue desarrollar mediante la impregnación del geotextil con asfalto u otro material impermeabilizante sintético. Las geomembranas son los geosintéticos impermeabilizantes por excelencia. Para evitar su deterioro suelen estar protegidos por otros geosintéticos. Es común por ejemplo el refuerzo de geomembranas con geotextiles tejidos y la aplicación de varias capas impermeabilizantes de geomembrana separadas por capas drenantes.

4. Propiedades y Ensayos de los Geosintéticos

4.1. Introducción

El empleo de un tipo de geosintético en una determinada aplicación debe justificarse mediante la realización de una serie de ensayos, ayuden a predecir el comportamiento de las estructuras reales en las que se va a utilizar Debido a la existencia de diferentes metodologías de ensayo según las normativas de los diferentes países, nos vamos a limitar a nombrar los ensayos más empleados de estos materiales a fin de poder entender la importancia que pueden tener en las diferentes aplicaciones de los geosintéticos.

4.2. Ensayo de Tracción

En este ensayo la probeta de geotextil o producto relacionado se fija mediante las mordazas de un aparato de ensayo a tracción que trabaja a velocidad de deformación dada (aproximadamente de un 20% por minuto) aplicando una fuerza longitudinal hasta la rotura de la muestra. El tamaño de muestra suele ser aproximadamente de 200 mm para obtener una distancia mínima entre mordazas de 100 mm, si bien este valor varía según el tipo de geosintético ensayado.

4.3. Ensayo de Punzonamiento con Pistón CBR

La muestra se fija entre dos anillos de 150 mm de diámetro evitando que el geosintético quede pretensionado antes de comenzar el ensayo. Se hace avanzar sobre el centro de la muestra, perpendicularmente y a velocidad constante un punzón de acero inoxidable de diámetro 50 mm.

4.4. Ensayo de Perforación Dinámica

La probeta de ensayo se mantiene horizontal entre dos anillos de acero de 150 mm de diámetro evitando su puesta en tensión antes de comenzar el ensayo. Se suelta en caída libre sobre el centro de la muestra, desde una altura de 500 mm y con la punta hacia adelante un cono de acero inoxidable de 1 Kg. de masa, con una cara punta de ángulo 45º y superficie lisa.

4.5. Ensayo de Resistencia de Juntas

Este ensayo cuantifica la resistencia a tracción de las uniones, ya sean por cosido o por otros métodos, entre geotextiles o productos relacionados. En el ensayo base, una muestra de 200 mm de ancho en la que se incluye una junta se fija a las mordazas de un aparato de tracción, que trabaja a unos niveles de tensión dados y que somete a una fuerza longitudinal perpendicular al eje de la junta hasta provocar su ruptura. El método debe ser modificado para los geotextiles más fuertes, por ejemplo en aquellos que cuentan con fibra de vidrio en su composición, para prevenir que la muestra deslice sobre las mordazas o sea dañadas por éstas.

4.6. Ensayo de Comportamiento y Ruptura a Fluencia

Se trata de un ensayo sin confinamiento aplicable a productos empleados en aplicaciones en las que existe riesgo de colapso por rotura prematura o por variaciones de la deformación con el tiempo bajo carga constante. Las medidas de la muestra y de las galgas de deformación empleadas dependen del producto que se vaya a ensayar.

4.7. Resistencia al Arrancamiento

Este ensayo trata de cuantificar la resistencia al arrancamiento de los geotextiles y productos relacionados. Es un ensayo de gran importancia para aquellos materiales que se vayan a utilizar en refuerzo de suelos. La resistencia al arrancamiento se calcula dividiendo dicha fuerza entre el ancho de la muestra.

4.8. Determinación de la Abertura de Poros

La abertura de poros de un geotextil, se determina mediante el tamizado de un material granular empleando como tamiz la muestra a ensayar, sin someterla a ninguna otra carga.

4.9. Capacidad de Flujo en el Plano del Geotextil

En este ensayo se mide el flujo de agua capaz de pasar a través de un geotextil o producto relacionado sometido a diferentes cargas a compresión, gradientes hidráulicos y superficies de contacto.

4.10. Ensayo de Resistencia Microbiológica

En este ensayo se trata de conocer la resistencia del geosintético a distintos tipos de bacterias y hongos que puedan aparecer en los lugares en los que se va a instalar. Para ello se realiza el enterramiento de la muestra en condiciones específicas que favorezcan la actividad biológica y se mide el deterioro sufrido.

4.11. Ensayo de Resistencia a la Hidrólisis

La susceptibilidad de los polímeros al ser hidrolizados varía según la humedad, aunque la velocidad con que esta degradación se produce es tal que en periodos cortos no puede ser cuantificada más que a temperaturas elevadas. Los polímeros más fácilmente hidrolizables son los poliésteres y las poliamidas.

4.12. Ensayo de Resistencia a la Intemperie

La calidad y la intensidad de la radiación solar global en la superficie de la tierra varían en función del clima, del lugar y de la hora. A la hora de evaluar el envejecimiento natural debido a la intemperie existen además otros factores importantes, especialmente la temperatura y la humedad. Por lo tanto una exposición exterior máxima de 6 meses, en la que se basa el ensayo índice, puede ocasionar una amplia variedad de resultados. Para minimizar esta variabilidad, se puede exigir un mínimo de dos años de exposición natural en un lugar determinado.