Cambio climático

Aplicación de los geosintéticos en la protección del medio ambiente

La búsqueda del desarrollo sustentable es uno de los grandes retos del siglo XXI, y hace imprescindible el desarrollo de nuevas tecnologías para prevenir la contaminación del aire, agua y suelo.

La utilización de los geosintéticos en combinación con elementos naturales del suelo permite construir sistemas donde el resultado final es mayor a la suma de las características individuales de cada componente. Esta sinergia debe ser aprovechada para permitir la utilización racional y conservación de los recursos naturales.

Etimológicamente, la palabra geosintético se deriva del griego geo (tierra) y synthesis (agrupar o juntar). Actualmente, este término se aplica a un grupo heterogéneo de productos poliméricos, agrupados principalmente en las siguientes familias: geomembranas, geotextiles, georredes, georretículas, geoceldas y geocompósitos, cuya aplicación permite reemplazar o incrementar las propiedades físicas, mecánicas, e hidráulicas del suelo.

Algunos problemas que pueden ser mitigados con la aplicación de geosintéticos son: la conservación del agua potable, la prevención de la erosión, el refuerzo de terraplenes y taludes, el confinamiento de residuos municipales, peligrosos, la contención de soluciones industriales corrosivas y peligrosas.

A pesar de los grandes beneficios derivados de la correcta aplicación de estos productos, sus principales usos y limitaciones son poco divulgados entre la comunidad dedicada al diseño y construcción de obras dirigidas a la mitigación de efectos contaminantes. La intención de este artículo es interesar al lector a profundizar en las características esenciales de estas familias, sus principales aplicaciones en la protección del ambiente y algunas de sus limitaciones.

Geomembranas

Las geomembranas son capas impermeables que se aplican sobre el suelo o sobre estructuras de concreto, el término se acuña inicialmente como una analogía a las capas de arcilla compactada que sirven como barrera impermeable en la construcción de embalses o confinamientos.

Como una forma de remplazar las barreras naturales de arcilla, nacen las geomembranas sintéticas o poliméricas. Éstas son capas delgadas, desde 0.5 hasta 2.5 mm de espesor, usadas para aislar o forrar terrenos naturales o estructuras artificiales.

Geotextiles

Son láminas permeables y flexibles de fibras sintéticas, principalmente polipropileno y poliéster, las cuales se pueden fabricar de forma no tejida (non woven) o (tejida) woven de acuerdo con la resistencia y capacidad de filtración deseada. Se fabrican generalmente desde los 120 hasta los 545 gr/m2 y sus principales aplicaciones son: el control de la erosión, el refuerzo de suelos, la filtración y separación entre capas de materiales, el proporcionar una capa drenante y la protección de geomembranas.

El mercado de los geotextiles es sumamente extenso y se fabrican en Estados Unidos, Canadá, Europa y Asia. La mayor parte del producto que se consume en México es fabricado por empresas locales.

Georredes

Las georredes son retículas tridimensionales de polietileno de alta densidad, generalmente en forma de diamante con espesores desde 2.5 hasta 4.5 mm. Las georredes se especifican principalmente en función de la transmisividad de la retícula. La transmisividad típica de una georred puede variar desde 0.5 hasta 16.5 g/ft/min, según las características de la estructura tridimensional y de si se encuentra combinada o no con un geotextil.

La función de las georredes es la de proporcionar un flujo laminar de un medio acuoso entre dos capas de geomembrana o una geomembrana y un geotextil. No existe fabricación local de georredes, éstas se fabrican principalmente en Estados Unidos y Europa.

Georretículas

Las georretículas son estructuras fabricadas de polietileno o polipropileno, en forma mono o biorientadas por medio de un proceso de extrusión y estirado. Los espesores más comunes son de dos a seis milímetros, sin embargo el espesor es una especificación que no está relacionada directamente con la principal función de las georretículas, que consiste en proporcionar un refuerzo estructural al suelo.

La función que ejercen las georretículas se logra gracias a las fuerzas de tracción que se generan cuando el suelo penetra las cavidades de las retículas. De la misma forma que las georredes, no hay fabricantes locales de georretículas las cuales se fabrican principalmente en Estados Unidos y en Europa.

Geocompósitos

Es un término que se aplica de forma general a muchos productos que resultan de la unión de uno o más geosintéticos. Los más comunes son: geoextil-geonet, geotextil-geomembrana, geotextil-georretícula.

Geomembranas compuestas de arcilla (GCL)

Las geomembranas compuestas son una familia de geosintéticos que se fabrican por medio de la adhesión o encapsulamiento de una capa de bentonita con un geomembrana o carpeta de geotextil. Estos materiales se comercializan como rollos continuos de material, en donde las variables a evaluar son la matriz en la que se encuentra unida la bentonita, ya sea una geomembrana o un geotextil y la cantidad de bentonita del producto, la cual puede variar desde 85g/m2 hasta 600g/m2. La función de este producto es el crear una barrera impermeable la cual aumenta su capacidad de contención hidráulica al momento de hidratarse.

Este producto se puede encontrar con frecuencia en confinamientos de residuos peligrosos como barrera secundaria de protección en caso de existir una fuga en los sistemas primarios.

Geoceldas

Las geoceldas son estructuras tridimensionales expandibles, fabricadas con paneles de geomembrana de polietileno o polipropileno.

Su función consiste en formar pequeñas celdas que puedan ser llenadas con material de relleno o con tierra que permita el crecimiento de vegetación. Las geoceldas se pueden utilizar para prevenir la erosión de taludes, revestir canales o aumentar la capacidad de carga del suelo.

Existen otros grupos relativamente menores de geosintéticos como tuberías, geosteras, geodrenes, geosintéticos, pero de éstos nos ocuparemos en otra ocasión.

Aplicaciones en México

Las aplicaciones de los geosintéticos en la prevención de la contaminación y preservación del medio ambiente son tan variadas que es imposible enumerarlas en un sólo artículo; algunas de las más importantes en nuestro país son los siguientes:

Rellenos sanitarios

La mayoría de los rellenos sanitarios cuentan como parte de las soluciones de ingeniería con una geomembrana como base del confinamiento, con la finalidad de disminuir la permeabilidad del sitio a los lixiviados generados por la basura. Este tipo de soluciones permite construir confinamientos en lugares que de forma natural no reúnen las características ideales para ese fin.

El diseño típico de un relleno sanitario incluye una capa simple de geomembrana de 1 a 1.5 mm colocada sobre terreno natural compactado.

Muchos rellenos sanitarios en el país cuentan con esta protección, sin embargo es preocupante que la tendencia actual es a usar geomembranas cada vez más delgadas de 0.75 y de hasta 0.5 mm, cuando la tendencia mundial es a usar geomembranas cada vez más gruesas de 1.5 y 2.0 mm.

La principal falla en la aplicación de geomembranas en rellenos sanitarios es la instalación  supervisada por personal sin la preparación técnica necesaria, y esto ocasiona daños al momento de colocar las capas de protección de la membrana.

Otro factor poco observado en la construcción de los rellenos sanitarios es la calidad de la compactación del suelo, ya que la capacidad de elongación de la membrana, a pesar de que alcance hasta 600 por ciento, difícilmente logrará compensar un asentamiento diferencial severo en un suelo mal compactado.

Finalmente, la clausura de los rellenos sanitarios se puede realizar colocando en la parte superior de éstos una geomembrana cubierta por una capa drenante (georred más geotextil) y suelo vegetal. Este tipo de clausura disminuye la generación de lixiviados, permite aprovechar el gas generado por la descomposición orgánica, y promueve la restauración de los confinamientos en áreas verdes aprovechables.

Confinamientos de residuos peligrosos

Actualmente existe sólo un confinamiento de residuos peligrosos en operación en el país, en éste se utilizan sistemas dobles de contención. De los confinamientos adicionales que se han intentado construir o que han operado en Coahuila, San Luis Potosí, Aguascalientes y Sonora, todos los diseños incluyen sistemas de dos y tres capas de geomembranas de cuando menos 1.5 mm y hasta 2 mm de espesor.

Estos diseños incluyen con frecuencia el uso de geocompósitos particularmente la aplicación de una georred y un geotextil. Uno de los diseños más típicos en estos confinamientos es el siguiente: en orden ascendente (del suelo hacia arriba) se colocan: una geomembrana de 1.5 mm, una georred, una geomembrana de 2 mm, una georred y un geotextil de 200 gramos.

Este sistema permite colectar en la parte superior los escurrimientos o lixiviados naturales del sistema y en su capa inferior aquellos que se pudiesen fugar de la capa superior.

En estudios realizados en Estados Unidos, se ha detectado que una capa de geomembrana, según los cuidados que se hayan tenido al instalarla, puede fugar desde 0.1 hasta 100 l/ha/día. De ahí la importancia de diseñar con un factor amplio de redundancia o seguridad alrededor del sistema.

En el caso que nos atañe, la redundancia se aplica por medio de capas bien compactadas de arcilla y dos o más capas de geomembranas. Los sistemas de membranas en los confinamientos de residuos peligrosos son uno de los factores de mayor controversia técnica en el proceso de aprobación para la construcción de confinamientos.

Cabe destacar que a pesar de que no hay sistemas perfectos, la correcta elección de los sitios, la buena compactación del suelo, la colocación de dos o más capas de impermeabilización y la utilización de sistemas electrónicos que permiten el monitoreo de la integridad de la geomembrana, han resultado en confinamientos que a pesar de haber operado durante más de 20 años no han presentado ninguna falla.

Piletas y fosas para la contención de líquidos peligrosos

Una de las aplicaciones en donde existe mayor abuso de las propiedades y límites de diseño para los geosintéticos son las piletas y fosas de contención de soluciones peligrosas.

Al tratarse de aplicaciones para agua o soluciones no peligrosas, es muy probable que una membrana única, logre por medio de un sistema de prueba y error un  100 por ciento de impermeabilidad, de acuerdo con el diseño de la fosa o pileta. Sin embargo, una geomembrana nunca se debe diseñar como medio principal o único de contención para un líquido peligroso, pues es altamente probable que presente fugas.

Uno de los diseños con los que se han obtenido los mejores resultados es la colocación de un sistema doble de membranas de 1.5 mm con una geonet intermedia. La geonet en este caso tiene un papel muy importante pues no permite que la presión hidráulica de una posible fuga, pase directamente al substrato. En este caso, la fuga debe fluir hacia un cárcamo en donde pueda ser detectada y extraída.

Como el flujo laminar en la segunda capa de geomembrana carece de una presión hidrostática considerable, es muy probable que este flujo no escape de la segunda membrana.

Este diseño ha sido muy efectivo en piletas con soluciones de ácido sulfúrico, cianuro y en tanques con diversos elementos químicos. Es muy importante consultar las tablas de compatibilidad química para las diversas geomembranas, pues existen varias combinaciones de elementos químicos y temperatura que pueden prácticamente disolver hasta las geomembranas más resistentes.

Drenajes químicos y estructuras de contención secundaria

La aplicación de geomembranas de 1.5 y 2 mm y de placas hasta de 12 mm de espesor protegidas por geotextiles para el recubrimiento de drenajes químicos y estructuras de contención secundaria es una de las áreas donde mejor se aprovechan las propiedades de estos productos.

Ya que no existe presión hidrostática continua sobre la membrana, la compatibilidad química de estos productos con muchas sustancias tóxicas y corrosivas, así como su resistencia a la intemperización, proveen de excelente protección a este tipo de estructuras.

Contención de agua potable y residual

Otra de las grandes aplicaciones para la familia de los geosintéticos es la contención de agua ya sea para consumo animal y humano o en las fosas de oxidación y tratamiento de las plantas de tratamiento de aguas residuales. En este caso es común encontrar la utilización de geomembranas de 1 y 1.5 mm de espesor y de georretículas y geotextiles para reforzar terraplenes y taludes.

Éstos son sólo algunos ejemplos de usos y limitaciones de los geosintéticos en la protección del medio ambiente. Como se planteó al principio de esta colaboración, la intención es que el lector conozca y se interese por esta familia de productos que se pueden convertir en un aliado para lograr el tan anhelado desarrollo sustentable de nuestros recursos naturales y asentamientos humanos.

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