Aspectos de permeabilidad y durabilidad de geomembranas

Las geomembranas son delgadas, fabricadas con materiales poliméricos que son ampliamente usados como barreras hidráulicas en revestimientos y sistemas de cobertura debido a su estructura no porosa, flexibilidad, y facilidad de instalación. Las geomembranas tienen la ventaja de poseer tasas extremadamente bajas de permeabilidad de gas y agua a través de las geomembranas intactas y, dependiendo del material, la habilidad para estirarse y deformar sin desgarrarse. Estos también protegen los suelos subyacentes de la desecación. Las desventajas de las geomembranas incluyen la lixiviación a través de imperfecciones ocasionales en la geomembrana, relativo potencial de alta difusión  por ciertos líquidos orgánicos concentrados, y material que se fragiliza en el tiempo.

Perforación de Geomembranas

Un mecanismo para transporte de líquidos a través de geomembranas, es el flujo a través de huecos en la geomembrana causados por perforaciones, desgarros, costuras defectuosas, etc. La tasa de flujo a través de un hueco de geomembrana de un tamaño dado es dependiente de la presión hidráulica actuando en el tope del hueco, la permeabilidad del suelo que subyace la geomembrana, y otros factores.

La aplicación de material granular sobre la geomembrana genera microperforaciones y subsecuente permeabilidad.

La aplicación de material granular sobre la geomembrana genera microperforaciones y subsecuente permeabilidad.

Los huecos perforados en una geomembrana incrementarán el potencial para lixiviación a través de esta, ya sea que la geomembrana es la única barrera hidráulica o parte de un revestimiento compuesto (Giroud & Bonaparte, 1989).
En aplicaciones de la geomembrana, el objeto perforante puede ser una piedra en el subgrado (suelo que sostiene a la geomembrana) o en el suelo de colección del lixiviado ubicado sobre la geomembrana. 

Aspectos experimentales de perforación de geomembrana

Se usó un arreglo de cono truncado para simular una condición de campo en el peor de los casos. Se ubicó un arreglo de tres conos en un vaso de presión y se rellenó con arena, dejando una altura de protrusión de una cantidad dada (Figura 1). Usando este dispositivo, aproximadamente 200 ensayos fueron conducidos a un rango de condiciones de modo que se evalúen los efectos del comportamiento de la geomembrana a la perforación. Estos ensayos consistieron de las siguientes variaciones de materiales:

  • Geomembranas de HDPE de 1 a 2.5 mm de grueso;
  • GTs no tejidos punzonados de PP y PET con una masa por unidad de área de 130 a 1350 g/m2;
  • GTs de fibra discontinua y de filamento continuo;
  • Una variedad de otros GTs hechos de plásticos reciclados y vírgenes;
  • Alfombras desechadas; y
  • Placas de neumáticos de goma.

Los resultados de los ensayos demostraron la resistencia mejorada de geomembranas protegidas por GTs no tejidos punzonados comparados a las geomembranas solas. Tanto el PP y el PET, comprendidos de fibras engrapadas o continuas, produjo un conjunto de curvas con tendencias muy uniformes (Gráfico N° 1). 

Figura N°  1. Detalles del vaso de presión hidráulica y los conos truncados para ensayos de evaluación de perforación de geomembrana.

Figura N°  1. Detalles del vaso de presión hidráulica y los conos truncados para ensayos de evaluación de perforación de geomembrana.

Gráfico N°  1. Presión de falla vs Masa por unidad de área para GTs no tejidos punzonados a diferentes alturas de los conos. Los datos incluyen tanto GT de fibras discontinuas de PP (cercado) y GT de filamentos continuos de PET (no cercados)

Gráfico N°  1. Presión de falla vs Masa por unidad de área para GTs no tejidos punzonados a diferentes alturas de los conos. Los datos incluyen tanto GT de fibras discontinuas de PP (cercado) y GT de filamentos continuos de PET (no cercados)

 

Predicción de la vida de servicio de la geomembrana

Una de más frecuentes preguntas vinculada a las geomembranas, es "¿Cuánto durará?" ya que el HDPE es el tipo de geomembrana más comúnmente usado en sistemas de contención de residuos, los ensayos se enfocan en este. 

Degradación de geomembranas de HDPE

Las geomembranas de HDPE son formulaciones consistiendo de resina de PE (˜97 %), carbón negro (˜2 %), y antioxidantes (˜2 %). Los procesos de envejecimiento de largo plazo envuelven tres etapas discretas, ver Gráfico N° 2.

  • Tiempo de agotamiento de los antioxidantes;
  • Tiempo de inducción; y
  • Tiempo para alcanzar la reducción específica en el valor de una propiedad ingenieril significativa, p. ej., elongación, módulo, resistencia, etc.; para los propósitos de estos ensayos, el valor numérico de la reducción específica de una propiedad se toma como 50 %.
Gráfico N°  2. Las etapas de envejecimiento de una geomembrana de HDPE

Gráfico N°  2. Las etapas de envejecimiento de una geomembrana de HDPE

Aplicaciones simuladas

Usando el comportamiento conceptual mostrado en el Gráfico N° 2, el tiempo de vida de una geomembrana consiste de 3 etapas; reducción de antioxidante, tiempo de inducción y vida media de las propiedades ingenieriles. Para la geomembrana de HDPE de 1.5 mm de grosor siendo evaluada en este estudio bajo condiciones simuladas de relleno, la siguiente tabla representa el mejor estimado del valor de predicción del tiempo de vida.

Tabla N°  1.Tiempo de vida estimado de geomembrana de HDPE siendo evaluada

Tabla N°  1.Tiempo de vida estimado de geomembrana de HDPE siendo evaluada

Basados en la metodología presentada aquí, el tiempo de servicio de una geomembrana de HDPE de 1.5 mm de grosor bajo las condiciones de ensayo simuladas está en el orden de 1000 años. Se agrega que las arrugas de la geomembrana pueden reducir el tiempo de servicio estimado.

 

Referencias

  • ASTM E96. Standard Test Methods for Water Vapor. Transmission of Materials.
  • Giroud, J. P. & Bonaparte, R. (1989), "Leakage through Liners Constructed with Geomembranes. Part II: Composite Liners," Geotextiles and Geomembranes, Vol. 8, No. 2, pp. 77-111.
  • Giroud, J. P. and Bonaparte, R. (1989), "Leakage Through Liners Constructed with Geomembranes. Part II: Composite Liners," Geotextiles and Geomembranes, Vol. 8, No. 2, pp. 77-111.
  • Koerner, R. M., Wilson-Fahmy, R. F. and Narejo, D. (1996), "Puncture Protection of Geomembranes Part III: Examples, " Geosynthetics International, Vol. 3, No. 5, pp. 655-676.
  • Koerner, G. R. and Koerner, R. M. (1995), "Temperature Behavior of Field Deployed HDPE Geomembranes," Proceedings Geosynthetics '95, IFAI, pp. 921-937.
  • Giroud, J. P. and Houlihan, M. F. (1997), "Design of Leachate Collection Layers," Proceedings Sardinia ‘95, CISA, Cagliari, Italy, pp. 613-640.
  • Narejo, D., Koerner, R. M. and Wilson-Fahmy, R. F. (1996), "Puncture Protection of Geomembranes Part II: Experimental," Geosynthetics International, Vol. 3, No. 5, pp. 629-653.
  • Rudolph Bonaparte, Ph.D., P.E., David E. Daniel, Ph.D., P.E., Robert M. Koerner, Ph.D., P.E. Assessment and Recommendations for Improving the Performance of Waste Containment Systems. United States Environmental Protection Agency. Office of Research and Development National Risk Management. Research Laboratory, Cincinnati. Diciembre del 2002
  • Soong, T.-Y. and Koerner, R. M. (1998), "Modeling and Extrapolation of Creep Behavior of Geosynthetics, " Proceedings 6th International Conference on Geosynthetics, IFAI, St. Paul, MN, pp. 707-710.
  • Wilson-Fahmy, R. F. & Koerner, R. M. (1994), Finite Element Analysis of Plastic Pipe Behavior in Leachate Collection and Removal System, GRI Report #12, Geosynthetic Research Institute, Drexel Univ., Philadelphia, PA. 
  • Viebke, J., Ifwarson, M. & Gedde, U. W. (1994), "Degradation of Unstabilized Medium-Density Polyethylene Pipes in Hot-Water Applications," Polymer Engineering and Science, Vol. 34, No. 17, pp. 1354-1361.
  • Wilson-Fahmy, R. F., Narejo, D. & Koerner, R. M. (1996), "Puncture Protection of Geomembranes Part I: Theory," Geosynthetics International, Vol. 3, No. 5, pp. 605-628.

 

Redactado por Hugo Acosta B.Sc. y editado por Saul Montoya M.Sc.
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Posted on June 27, 2014 and filed under Medio ambiente, Minería.