1

|

SISTEMAS DE IMPERMEABILIZACIÓN

2

|

3

|

Indice

Geosintéticos Geomembranas Geomembranas de polietileno de alta densidad (HDPE) Geomembranas de polietileno de baja densidad lineal (LLDE) Geomembrana de PVC Geomembrana de polipropileno (PP) Geomembrana conductiva de HDPE Geomembrana texturada de HDPE Geotextiles Geomallas

Tipos de unión de geomembranas Soldadura por cuña caliente Soldadura por extrusión

Aseguramiento de Calidad Almacenaje Preparación del terreno Despliegue e instalación de geosintéticos Soldadura Soldadura por cuña caliente Soldadura por extrusión Ensayos no destructivos de hermeticidad Caja de vacío (ASTM D 4437-84) Prueba de chispa eléctrica (spark test) Prueba de canal de aire

Ensayos destructivos de hermeticidad Corte (ASTM D 4437-84) Desgarre (ASTM D 4437-84)

5555555566

778

991010111111

12121313

141415

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

4

|

5

|

Geomembranas

Las Geomembranas en general se utilizan como elemento de estanqueidad en la contención de fluidos. Su uso comienza aproximadamente 1970 en la industria minera de Chile y los Estados Uni-dos, para revestir pozas de evaporación, presas de relaves y pozas de lixiviación en pilas.

Según la aplicación, se utilizan distintos materia-les

Geomembranas de polietileno de alta densidad (HDPE)

Es la más utilizada y sus espesores más comu-nes van de 0,50 a 2,50 mm. Al ser de HDPE tiene gran resistencia al ataque químico y a la radiación ultravioleta.

Geomembranas de polietileno de baja densidad lineal (LLPDE)

Este material, por tener una menor densidad que el HDPE, tiene una mayor flexibilidad, que permi-te adherirse a paredes pronunciadas o taludes donde se requiere una mayor resistencia al alar-gamiento. Además, cuando es posible utilizarla

para sustituir a la geomembrana de HDPE, per-mite abaratar los costos del proyecto.

Geomembrana de polipropileno (PP)

La resina de PP otorga a esta geomembrana mayor elasticidad y resistencia al punzonado, manteniendo una excelente flexibilidad

Geomembrana conductiva de HDPE

Es una geomembrana de HDPE que tiene inte-grada en el fondo una capa que conduce la elec-tricidad. Facilita la verificación de la instalación de la geomembrana mediante ensayos de chis-pa que se realizan con equipos de alto voltaje y su uso más usual es en piscinas de gran super-ficie.

Geomembrana texturada de HDPE

También llamada geomembrana rugosa o anti-deslizante, es una geomembrana de HDPE a la que se le añade rugosidad en una etapa poste-rior en el proceso de fabricación. Este producto admite un mayor ángulo de fricción, práctica-mente sin alterar las propiedades mecánicas del HDPE. Se aplica para facilitar el acceso a través de terrenos de gran pendiente, como taludes.

Geosintéticos 1.0

1.0 G

eosi

ntét

icos

6

|

Geotextiles

Los Geotextiles son láminas de fieltro cuyo prin-cipal propósito es mejorar o suavizar las super-ficies basales. Pueden ser no tejidos, tejidos o tricotado, fabricados a partir de filamentos con-tinuos, cortado a longitudes predeterminadas.

El filamento usado es generalmente el Polipro-pileno, el cual le confiere al producto elevadas resistencias mecánicas e hidráulicas durante el tiempo, debido a que este material posee un punto de fusión más elevado y una menor fluen-cia en comparación a otros polímeros.

Geomallas

Estructura de polímero manufacturada en forma de lienzo, que consiste de un sistema regular de costillas sobrepuestas y conectadas íntegra-mente, cuyas aberturas son generalmente más grandes que los elementos que la forman. Su principal uso es la detección de filtraciones, pero también se pueden ocupar para lograr mayor estabilidad sobre suelos blandos o taludes, para disminuir sobreexcavaciones o para separar en-tre capas de materiales. Usualmente se fabrican en espesores entre los 0,75 y los 2 mm, en ro-llos que según el espesor abarcan entre 1000 y 3000 m2.

Geosintéticos1.01.0

Geo

sint

étic

os

7

|

Soldadura por cuña caliente

Este es el método primario para la unión de las geomembranas de polietileno debido a su efi-ciencia y regularidad en la calidad de las solda-duras; además provee un control objetivo y veraz de la estanqueidad de las uniones. Consiste en la unión por termofusión sin aporte de material de las zonas de traslape de las láminas. El pro-cedimiento es llevado a cabo por medio de una máquina autopropulsada por medio de energía eléctrica, provista de dos rodillos tangentes a un espacio mínimo común en el cual se encaja el traslape de las geomembranas a unir. En el plano de traslape e inmediatamente antes que los rodi-llos, existe una cuña cuya temperatura de opera-ción es seleccionada por el operador de acuerdo a las características de las geomembranas. A medida que la soldadora avanza propulsada por los rodillos, estos presionan las partes fusiona-das por la cuña logrando dos líneas de soldadura paralelas separadas por un área libre que consti-tuye el denominado “canal de aire”.

Soldadura por Cuña Caliente

Sección transversal de una línea de soldadura con canal de aire.

Tipos de unión deGeomembranas 2.0

2.0

Tipo

s de

uni

ón d

e G

eom

embr

anas

8

|

Soldadura por extrusión

Este tipo de soldadura, utilizada en geomembra-nas de polietileno, de menor rendimiento en eje-cución que el de cuña caliente, se caracteriza por su gran versatilidad. En efecto, la totalidad de los detalles, parches y uniones especiales pueden ser ejecutados con este tipo de soldadura. Un ejemplo donde se utiliza este tipo de soldadura es para el anclaje de las membranas a los inser-tos embebidos en el hormigón.

El método consiste en la unión por termofusión con aporte de material de las partes a unir. El procedimiento es llevado a cabo por medio de una máquina guiada manualmente, provista de una cámara de fusión de material de aporte, una boquilla para la extrusión del aporte y una boqui-lla de precalentado.

Soldadora por extrusión de material de aporte.

El material de aporte provisto en rodón de polie-tileno o en “pellets” es ingresado a la cámara de fusión donde por medio de un tornillo sin fin es hecho fluir a través de la boquilla de extrusión. Mientras el operador guía la boquilla de extru-

sión apoyándola sobre las partes a unir, un flujo de aire caliente expelido por la boquilla de preca-lentado prepara las superficies previamente pu-lidas para su perfecta adherencia con el cordón de soldadura.

Tipos de unión deGeomembranas2.0

2.0

Tipo

s de

uni

ón d

e G

eom

embr

anas

9

|

Almacenaje

El almacenaje apropiado de los rollos de geo-membranas de HDPE, geonet y soldaduras de aporte, constituye el primer paso fundamental en el desempeño eficiente de la instalación.

-Recepción de materiales: se recomienda hacer una inspección visual, tanto de los procedimien-tos de descarga como de las partidas recibidas en el sitio de la obra, descartando o registrando:

a Daños en los bordes del rollo

a Daños en el tubo de soporte

a Ausencia de correas de transporte o “Eslin-gas” (Slings)

a Daños en la superficie de la geomembrana

a Error en las dimensiones de los rollos

a Superficie de almacenamiento: Esta deberá ser lisa y estar libre de cualquier elemento corto y/o punzante.

a Apilamiento: No es recomendable almacenar los rollos de polietileno en pilas superiores a tres niveles. Esto puede dañar los tubos de soporte de los rollos inferiores, y el desmoronamiento de los rollos podría causar accidentes.

a Soldadura de aporte de HDPE: debe ser al-macenada en un lugar limpio, alejado de los vientos que pudiesen arrastrar polvo, no se debe sacar de su embalaje, sino hasta el mo-mento de utilizarse en terreno.

a Acuñamiento: El desplazamiento de los ro-llos, almacenados debe ser restringido por cuñas apropiadas y dispuestas en los rollos in-feriores. Estas cuñas deben ser confeccionadas con materiales que no dañen los geosintéticos.

a Protección de los tubos de transporte: Los tubos de transporte de los rollos de polietileno son confeccionados mayoritariamente en car-tón. Si durante periodos de lluvia y/o nieve los extremos de los tubos no son tapados, el ingre-so de agua reblandecerá el cartón inutilizando temporalmente el rollo.

Aseguramientode Calidad 3.0

3.0

Ase

gura

mie

nto

de C

alid

ad

10

|

Preparación del terreno

La superficie basal a impermeabilizar debe estar en condiciones aptas para instalar las geomem-branas, dando cumplimiento a las especificacio-nes de compactación, geometría y terminación superficial aplicables.

La inspección de la superficie de apoyo es una de las etapas fundamentales para la instalación de geomembranas. Todos los procedimientos pos-teriores podrían llegar a carecer de sentido en el caso que el revestimiento fuese ejecutado sobre una superficie de apoyo inadecuada.

Despliegue e instalación de geosintéticos

El procedimiento de despliegue de las geoma-llas y geomembranas de HDPE se ejecuta con el apoyo de una barra de depliegue. Este equipo proporciona un manejo adecuado de los rollos, eliminando la interacción de personas con equi-pos, minimizando así los riesgos. Esta meto-dología debe ser analizada cuidadosamente de acuerdo al diseño y distribución de los paneles

que conforman el sistema de impermeabiliza-ción. Los aspectos más relevantes que deben ser considerados pueden resumirse en:

a Zanja de anclaje: verificar excavación, tapado, compactación, ancho y profundidad

a Orientación del panel: En líneas generales, el despliegue debe ser ejecutado en el sentido de máxima pendiente de la superficie. Este proce-dimiento garantiza una posición estable para la geomembrana durante su instalación y funda-mentalmente mantiene libre de esfuerzos las uniones entre paneles.

a Disposición de los traslapes: En aquellas zo-nas en que la orientación del panel no concuerde exactamente con la máxima pendiente del terre-no, el traslape debe ser tal que la trayectoria na-tural de escurrimiento sobre las geomembranas no intercepte las caras interiores del traslape.

a Dimensión del traslape: Un traslape adecuado debe estar comprendido entre 4 y 6 pulgadas, según el tipo de soldadura, para asegurar que los excedentes a ambos costados de la línea de sol-dadura son suficientes para ser sometidos a en-sayos, tanto destructivos como no destructivos y que la fusión sea ejecutada completamente en el interior del traslape.

a Efectos relativos a la contracción y dilata-ción térmica: El elevado coeficiente de dilata-ción térmica del polietileno obliga a que una de las consideraciones más importantes durante la instalación de la geomembrana sea el efecto de la contracción térmica. Al instalar la geomem-brana se debe evitar restringir sus grados de li-

Aseguramientode Calidad3.0

3.0

Ase

gura

mie

nto

de C

alid

ad

11

|

bertad hasta que ésta haya sido sometida a su máxima contracción. En caso contrario, se debe evitar extender totalmente la geomembrana permitiendo la formación de arrugas.

Con el propósito de evitar la generación de arru-gas o desplazamientos en la superficie cubierta, los paneles de geomembrana se fijan con lastre (sacos de ripio)

Soldadura

La unión de las geomembranas de polietileno y la confección de los detalles constructivos, como parches y uniones de construcción, se realizan por medio de la fusión térmica del material. Esta etapa es una de los más importantes durante el proceso de impermeabilización. Los métodos más utilizados para la soldadura son mediante cuña caliente y mediante extrusión

Soldadura por cuña caliente

Del mismo modo que la temperatura, la velocidad de avance de la soldadora de cuña es seleccio-nada por el operador según el tipo de geomem-brana y las condiciones ambientales pero considerando además el espesor de las láminas

a unir. Algunos de los aspectos relevantes en la soldadura de cuña que deben ser considerados son:

a Control de los traslapes: La dimensión de los traslapes es uno de los aspectos que durante el proceso de soldadura debe ser controlado por el operador debido a que es posible que durante el avance de la soldadora de cuña estos sufran desplazamientos que eventualmente podrían significar que las láminas están siendo unidas sólo por una de las líneas paralelas de fusión.

a Limpieza y secado de las áreas de fusión: Si bien es conveniente efectuar la limpieza total de zona de traslape antes de iniciar el proceso de unión de láminas, una vez iniciado el avance automático de la soldadora de cuña, el operador debe avanzar junto a la soldadora de cuña lim-piando nuevamente las zonas a fusionar debi-do a la depositación de polvo por la acción del viento.

Soldadura por extrusión

Las variables de control para este tipo de má-quina son la temperatura de fusión del material de aporte, que dependerá del tipo de polímero empleado y la temperatura del flujo de aire ca-liente, que dependerá del espesor de las lámi-nas y de las condiciones ambientales.

El procedimiento utilizado en la ejecución de este tipo de uniones es el que a continuación se describe:

Aseguramientode Calidad 3.0

3.0

Ase

gura

mie

nto

de C

alid

ad

12

|

a Fijación de los traslapes: Las superficies a soldar por el método de extrusión deben ser previamente unidas de modo de garantizar el contacto pleno de las superficies bajo el cordón de soldadura y evitar esfuerzos en la unión du-rante el periodo de enfriamiento. El método uti-lizado consiste en la aplicación de un flujo de aire caliente entre las caras interiores del traslape el que produce la fusión parcial del material. Si-multáneamente el operador presiona las zonas precalentadas logrando una unión débil y de ca-rácter temporal. Se debe destacar que este tipo de unión jamás debe ser utilizada como método de soldadura definitivo, debido a su baja resis-tencia.

a Preparación de las superficies: La preparación de la superficie a unir consiste en la remoción de polvo y humedad además del esmerilado super-ficial del área que recibe el cordón de soldadura.

a Formación del cordón de soldadura: Una vez fijadas las láminas o piezas de polietileno y pre-parada la superficie, se procede inmediatamente con la extrusión del material de aporte a lo largo del borde de unión.

Ensayos no destructivos de hermeticidadUna vez ejecutada la línea de soldadura la es-tanqueidad del sistema en las zonas de unión debe ser comprobada por medio de ensayos no destructivos. En una etapa posterior se realiza la extracción de testigos para ensayos destruc-tivos. Existen fundamentalmente tres tipos de ensayos no destructivos para la verificación de la estanqueidad de las uniones:

Caja de vacío (ASTM D 4437-84)

Se ejecuta sobre las uniones realizadas por ex-trusión. Consiste en someter la totalidad del cordón de soldadura en tramos sucesivos de aproximadamente 50 cm a una presión relativa de -20 kPa. En caso de existir alguna filtración en el cordón de soldadura, ésta será detectada por el flujo de aire desde la cara inferior hacia la cara superior de la geomembrana

El procedimiento consiste en colocar sucesiva-mente a lo largo del cordón de soldadura una caja transparente sobre la superficie de la geomem-brana previamente mojada con agua jabonosa. La caja es presionada firmemente contra el suelo e inmediatamente se acciona la bomba de vacío. Una vez que el manómetro de vacío provisto con la caja indica que la presión en el interior es de 20 kPa bajo la presión atmosférica, se procede aproximadamente durante 12 segundos a vigilar que no se formen burbujas de jabón en la zona de soldadura.

Ensayos No Destructivos de Hermeticidad4.0

4.0

Ensa

yos

No

Des

truc

tivo

s de

Her

met

icid

ad

13

|

Verificación de una soldadura de extrusión por medio de la prueba de caja de vacío.

Prueba de chispa eléctrica (spark test)En el caso particular de que no fuese posible utilizar el procedimiento de caja de vacío debi-do a que la geometría de la superficie sea muy irregular o curva (esto debe determinarse antes de ejecutar la soldadura por extrusión) se puede evaluar la estanqueidad de la unión por medio de la prueba de chispa eléctrica. La prueba de chis-pa eléctrica se lleva a cabo colocando a lo largo del borde del traslape superior un delgado alam-bre conductor. Una vez realizada la soldadura este queda embebido en el cordón de polietileno de aporte. En seguida, un dispositivo semejan-te a una escobilla metálica es conectado a una fuente de 20 kV, el que es guiado lentamente por un operador sobre y a lo largo de la línea de sol-dadura. La existencia de un conducto libre entre el alambre embebido y el terminal libre producirá que la unidad emita una señal audible.

Equipo de Pruebas por Chispa Eléctrica

Prueba de canal de aire

La unión realizada por cuña caliente en geomembranas de polietileno está compuesta por dos líneas de soldadura paralelas. Cada una de estas líneas es lograda por medio de la fu-sión parcial del material en las caras interiores del traslapo logrado por la cuña y el paso inme-diato de los rodillos propulsores que presionan las láminas. Estas dos líneas paralelas dejan un espacio libre entre ellas a lo largo de toda la lí-nea. La estanqueidad de la unión se determina siguiendo el siguiente procedimiento:

1. Sellado de ambos extremos de la línea de sol-dadura.

2. Inserción en un extremo del canal de una vál-vula provista de manómetro e inyectar aire a presión hasta alcanzar aproximadamente 200 kPa.

Ensayos No Destructivos de Hermeticidad4.0

4.0

Ensa

yos

No

Des

truc

tivo

s de

Her

met

icid

ad

14

|

3. Esperar dos minutos aproximadamente para que el sistema se estabilice y tomar la lectura del manómetro, que no debe ser inferior a 170 kPa.

4. Esperar cinco minutos y ejecutar una segunda lectura del manómetro, la caída de presión debe-ría no ser mayor a 30 kPa.

5. Abrir el extremo opuesto al manómetro y ve-rificar la continuidad del espacio de canal de aire, comprobando la caída instantánea de la presión.

6. Si el procedimiento es llevado a cabo en con-formidad la línea es aprobada, de lo contrario se localiza la falla visualmente (interrumpiendo ma-nualmente la continuidad del canal y verificando el comportamiento del manómetro) o por otro método aprobado

Conjunto de manómetro con agujas para prue-bas de aire

Ensayos destructivos de hermeticidadA diferencia de los ensayos no destructivos, que tienen como objetivo determinar la estanquei-dad de todas las uniones del revestimiento, los ensayos destructivos sirven para evaluar es-tadísticamente la calidad de las soldaduras. Los ensayos son ejecutados sobre probetas de 2,54 cm de ancho y aproximadamente 12 cm de longi-tud, asidas por tenazas en los dos extremos que correspondan, según el ensaye. Tanto para las uniones ejecutadas por cuña o por extrusión, los ensayos son de dos tipos

Corte (ASTM D 4437-84)

Consiste en someter la unión entre las láminas de la probeta de ensayo a un esfuerzo de corte directo ejecutado a una velocidad determinada (5 cm/min en láminas de HDPE o 50 cm/min en geomembranas muy flexibles). Para esto, se fi-jan los extremos simétricos (respecto al eje de soldadura) a las respectivas tenazas del tensió-metro y se procede con el ensayo. Una vez finali-zado el ensayo se registra la máxima resistencia de la probeta y se indica si la falla se produjo fuera de la soldadura.

Ensayos Destructivos de Hermeticidad5.0

5.0

Ensa

yos

Des

truc

tivo

s de

Her

met

icid

ad

15

|

Corte en línea de soldadura para obtener cupo-nes o probetas

Desgarre (ASTM D 4437-84)

El procedimiento es semejante en metodología y condición de aprobación al ensayo de corte. Su diferencia radica en que para someter a desgarre la soldadura, los extremos de la probeta, asidos por las tenazas, corresponden a las láminas ubi-cadas a un mismo extremo de la soldadura. La aprobación de la probeta requiere que la eficien-cia al desgarre iguale o exceda las especificacio-nes de construcción (normalmente superior a un 50%). Este ensayo es ejecutado para ambos extremos de la probeta en el caso que la unión esté provista de canal de aire.

Ensayos Destructivos de Hermeticidad 5.0

5.0

Ensa

yos

Des

truc

tivo

s de

Her

met

icid

ad