Manual-Tecnico-Geomembranas Polytex

MANUAL TÉCNICO
GEOMEMBRANAS
Santa Rosa de Huara N°29 Barrio Industrial • IQUIQUE • CHILE
Teléfono: (56-57) 429000 • Fax (56-57)422823 •
E-mail: [email protected] • www. polytex.cl
INDICE
CONTENIDO
1.-
2.-
Introducción Técnica del Plástico y el Polietileno.......................... Pág. 4
1.1
Propiedades Mecánicas de los polímeros...........................
1.1.1 Resistencia..............................................................
1.1.2 Elongación..............................................................
1.1.3 Módulo...................................................................
1.1.4 Dureza.....................................................................
Pág. 4
Pág. 4
Pág. 5
Pág. 6
Pág. 7
1.2
El Polietileno......................................................................
1.2.1 Síntesis del Polietileno...........................................
1.2.2 Proceso de Alta Presión.........................................
1.2.3 Proceso de Baja Presión.........................................
1.2.4 Estructura Molecular del Polietileno.......................
Pág. 9
Pág. 10
Pág. 12
Pág. 12
Pág. 13
Geomembrana................................................................................. Pág. 17
2.1
General................................................................................ Pág. 17
2.2
Especificaciones técnicas de la Geomembrana................... Pág. 17
2.2.1 Material de Referencia y Métodos de ensayos........ Pág. 17
2.2.2 Criterios de conformidad según requerimientos
del usuario................................................................ Pág. 18
2.2.3 Parámetros de Calidad.............................................. Pág. 19
2.3
Manipulación de Rollos de Geomembrana y almacenaje.... Pág. 22
2.3.1 Infraestructura requerida.......................................... Pág. 22
2.3.2 Traslado de Rollo..................................................... Pág. 23
2.3.2.1 Alternativas toma de rollo............................ Pág. 23
Alternativa 1................................................. Pág. 23
Alternativa 2................................................. Pág. 25
2.3.3 Diseño de Lanza....................................................... Pág. 27
2.4
Instalación y Unión Termosellante de la Geomembrana....
2.4.1 Introducción físico química del proceso de
termofusión del polietileno.........................................
2.4.1.1 Amorfismo y Cristalinidad.............................
2.4.1.2 Calor y Temperatura.......................................
2.5
Pág. 28
Pág. 28
Pág. 28
Pág. 30
Operatividad en la Instalación de la Geomembrana............ Pág. 33
2.5.1 Materiales de Geomembrana................................... Pág. 33
2.5.1.1 Características del material.......................... Pág. 33
2.5.1.2 Cordón de Extrusión (aporte) ....................... Pág. 34
2.5.1.3 Instalación e Inspección de terreno.............. Pág. 34
2.5.2 Control de Calidad de las membranas...................... Pág. 35
2.5.2.1 Muestreo y selección.................................... Pág. 36
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2
2.5.2.2 Pruebas de terreno para costuras de unión... Pág. 37
a)
Observación Visual...................................... Pág. 37
b)
Pruebas de continuidad................................ Pág. 37
2.5.2.3 Métodos aceptables para el ensayes
de costuras................................................... Pág. 38
I
Método por aire bajo presión ...................... Pág. 38
II
Método de la Caja al Vacío.......................... Pág. 40
III a Ensayos de resistencia – Soldadura.............. Pág. 40
III b Ensayos de resistencia – Costuras................ Pág. 41
FOTOS
Foto 1
Foto 2
Foto 3
Foto 4
Foto 5
Lanza para eslinga................................................................ Pág. 22
Lanza para interior de alma de rollo.................................... Pág. 23
Amarre de eslinga a lanza.................................................... Pág. 24
Transporte de rollo con eslinga............................................ Pág. 24
Disposición de rollos al interior de transporte cerrado........ Pág. 26
TABLAS
Tabla Especificaciones para Resinas HDPE / LLDPE................................ Pág. 19
Tabla Parámetros de calidad Geomembrana HDPE.................................... Pág. 20
Tabla Parámetros de calidad Geomembrana LLDPE.................................. Pág. 21
Tabla Parámetros de calidad Geomembrana Texturada HDPE................... Pág. 21
Tabla Presión Inicial Mínima y Tasas de Fuga Máxima Permitida............. Pág. 39
Tabla Valores de Resistencia de Uniones HDPE con Método de Calor..... Pág. 42
Tabla Valores de Resistencia de Uniones LLDPE con Método de Calor... Pág. 43
FICHAS
Ficha Control de Calidad............................................................................. Pág. 44
Ficha de Despacho....................................................................................... Pág. 45
Versión 04: Mayo de 2004
Recopilado, Complementado y Editado por:
César González Rivera
Ing. E. Químico – Ing. C. Industrial
Gerente Operaciones POLYTEX – [email protected] – 56-57-429000 Iquique - Chile
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1.-
Introducción Técnica del Plástico y el Polietileno
Cuando los químicos encontraron el procedimiento para unir pequeñas moléculas orgánicas y
formar otras mas grandes y pesadas, comparable a las resinas vegetales, (caucho), se gestó el
mundo de las resinas sintéticas que todos conocemos con el nombre genérico de “Plásticos”
Les decimos Plásticos porque son flexibles, es decir, pueden ser manejados y moldeados con
facilidad. Ahora, cuando se calientan y funden lo suficiente de tal manera que su moldeo y
manejo se hace mas sencillo, los llamamos termoplásticos.
Hay plásticos que son rígidos y otros que son blandos. Las teclas plásticas de su teclado por
ejemplo son rígidas, sin embargo, el plástico que recubre los cables de la misma computadora
es blando. Esto es porque todos los plásticos poseen una cierta temperatura por encima de la
cual son blandos y flexibles y por debajo de la misma son rígidos y quebradizos. Esta se
denomina temperatura de transición vítrea, o Tg. La Tg es distinta para cada plástico. A
temperatura ambiente, algunos plásticos se encuentran por debajo de sus Tg, por lo tanto son
rígidos. Otros plásticos se encuentran por encima de sus Tg a temperatura ambiente y son
flexibles y de consistencia blanda.
1.1
Propiedades mecánicas de los Polímeros
Quizás han escuchado hablar de polímeros “resistentes” (o fuertes), “duros” y hasta “dúctiles”
¿Pero qué significan en realidad estas palabras? ¿Cómo podemos determinar lo "resistente"
que es un polímero? ¿Qué diferencia existe entre un polímero "resistente" y un polímero
"duro”?. La resistencia, la dureza y la ductilidad son propiedades mecánicas.
1.1.1 Resistencia
La resistencia es una propiedad mecánica que usted podría relacionar acertadamente, pero no
sabría con exactitud qué es lo que queremos decir con la palabra "resistencia" cuando
hablamos de polímeros. En primer lugar, existen varios tipos de resistencia.
Está la resistencia tensil, o resistencia a la Tensión. Un polímero tiene resistencia tensil si
soporta un estiramiento similar a éste:
Figura 1
Tensión
Ruptura
La resistencia tensil es importante para un material que va a ser extendido o va a estar bajo
tensión. Las fibras (polímeros cuyas cadenas están extendidas en línea recta (o casi recta) una
al lado de la otra a lo largo de un mismo eje) necesitan tener buena resistencia tensil por su
utilización.
Luego está la resistencia a la compresión. Un polímero tendrá resistencia a la compresión si
soporta ser comprimido hasta un límite tal, que se le considere resistente a la compresión.
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Cualquier material que deba soportar un peso encima, debe poseer buena resistencia a la
compresión a al aplastamiento.
También está la resistencia a la flexión. Un polímero tiene resistencia a la flexión si soporta
un cambio en su forma longitudinal o curvamiento en la misma.
Un polímero tiene resistencia a la torsión si es resistente cuando es puesto bajo torsión.
Igualmente está la resistencia al impacto. Una muestra tiene resistencia al impacto si es fuerte
cuando se la golpea agudamente de repente, como con un martillo.
Entonces, ¿Qué significa ser resistente? Existe una definición bien precisa. Emplearemos la
resistencia tensil para ilustrarlo. Para medir la resistencia tensil de una muestra polimérica,
tomamos una muestra y tratamos de estirarla tal como se muestra en la figura 1. Gracias al
aparato llamado Tensiómetro, podemos conocer el comportamiento del material mientras dura
el estiramiento, principalmente, va midiendo la fuerza (F) que se está ejerciendo. Cuando
conocemos la fuerza que se está ejerciendo sobre la muestra y conocemos sus dimensiones,
como el área (A) de la muestra, podemos conocer la Resistencia a la Tensión, que es la fuerza
aplicada sobre la muestra dividida por el área de la misma, es decir, F/A. Tanto la Tensión
como la resistencia Tensil se miden en unidades de fuerza por unidad de área, generalmente
N/cm2. La tensión y la resistencia también pueden ser medidas en megapascales (MPa) o
gigapascales (GPa). Resulta sencilla la conversión entre diferentes unidades, ya que 1 MPa =
100 N/cm2, 1 GPa = 100.000 N/cm2, y obviamente, 1 GPa = 1.000 MPa. También la tensión
se puede expresar en N/mm o KN/m de acuerdo a GRI.
Como se muestra en la figura 1, al seguir incrementando la fuerza, y obviamente la tensión,
sobre ella, se llega a un punto en que se rompe, siendo entonces ese punto la tensión requerida
para romper la muestra y ésta representa la resistencia tensil del material.
Asimismo, podemos imaginar ensayos similares para medir la resistencia a la compresión, a
la flexión, al punzonamiento u otros. En todos los casos, la resistencia es la tensión necesaria
para romper la muestra.
1.1.2 Elongación
Las propiedades mecánicas de un polímero no se remiten exclusivamente a conocer cuán
resistente es. La resistencia nos indica cuánta tensión se necesita para romper algo. Pero no
nos dice nada de lo que ocurre con la muestra mientras estamos tratando de romperla. Ahí es
donde corresponde estudiar el comportamiento de elongación de la muestra polimérica.
La elongación es un tipo de deformación y ésta es simplemente el cambio en la forma que
experimenta cualquier material bajo tensión. Cuando se somete un material a tensión, la
muestra se deforma por estiramiento, volviéndose más larga. A esto se le llama elongación.
Por lo general, se habla de porcentaje de elongación, que es el largo de la muestra después del
estiramiento (L), dividido por el largo original (L0), y multiplicado por 100.
% ELONGACION =
L
x 100
Lo
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La elongación final es crucial para todo tipo de material. Representa cuánto puede ser estirada
una muestra antes de que se rompa.
1.1.3 Módulo
Los elastómeros deben exhibir una alta elongación elástica, sin embargo, otros tipos de
materiales, como los plásticos por lo general no se estiran o deforman tan fácilmente. Si
queremos conocer cuánto un material resiste la deformación, se tiene que medir algo llamado
módulo. Para medir el módulo tensil, se hace lo mismo que para medir la resistencia y la
elongación final. Esta vez midiendo la resistencia que se está ejerciendo sobre el material, tal
como se procedió con la Resistencia a la Tensión. Se incrementa lentamente la tensión y se
mide la elongación que experimenta la muestra en cada nivel de tensión, hasta que finalmente
se rompe. Luego, graficamos la tensión versus elongación, del modo siguiente:
Tensión - Estiramiento
Módulo de
Tensión
Resistencia
a la Tensión
Tensión
Elongación
Este gráfico se denomina curva de Tensión-estiramiento. (Estiramiento es todo tipo de
deformación, incluyendo la elongación. Elongación es el término que usamos cuando
hablamos específicamente de estiramiento tensil). La altura de la curva cuando el material se
rompe, representa la resistencia a la tensión y la pendiente representa el módulo tensil. Si la
pendiente es pronunciada, la muestra tiene un alto módulo tensil, lo cual significa que es
resistente a la deformación. Si es suave, la muestra posee bajo módulo tensil y por lo tanto
puede ser deformada con facilidad.
Hay ocasiones en que la curva Tensión-estiramiento no es una recta, como se ve en la gráfica
anterior. Para algunos polímeros, especialmente plásticos flexibles, como el polietileno y el
polipropileno, se obtienen curvas mas extrañas, como ésta:
Módulo inicial
Tensión
Elongación
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A medida que la tensión se incrementa, la pendiente, es decir el módulo, no es constante, sino
que va experimentando cambios con la tensión. En casos como éste, generalmente se toma
como módulo la pendiente inicial, como puede verse en la curva de la gráfica.
En general, las fibras (polímero cuyas cadenas están extendidas en línea recta (o casi recta)
una al lado de la otra a lo largo de un mismo eje, estas fibras pueden ser hiladas y usadas
como textiles) poseen los módulos tensiles más altos, y los elastómeros los más bajos,
mientras que los plásticos exhiben módulos tensiles intermedios.
El módulo se mide calculando la tensión y dividiéndola por la elongación. Pero dado que la
elongación es adimensional, no tiene unidades por cual dividirlas. Por lo tanto el módulo es
expresado en las mismas unidades que la resistencia, es decir, en N/cm2.
1.1.4 Dureza
El gráfico de tensión versus estiramiento puede darnos otra valiosa información. Si se mide el
área bajo la curva tensión-estiramiento, parte achurada en la figura a continuación, el valor
obtenido es lo que se denomina dureza.
La dureza es en realidad, una medida de la energía que un material o muestra puede absorber
antes de que se rompa.
Curva
Tensión - Estiramiento
Tensión de Ruptura
Altura del Triángulo
Resistencia a la Tensión
Tensión
DUREZA
Area del Triángulo
Elongación
Base del
Triángulo
Piense lo siguiente, si la altura del triángulo del gráfico es la resistencia y la base de ese
triángulo es el estiramiento, entonces el área es proporcional a la resistencia por estiramiento.
El vértice superior del triángulo, representa la tensión de ruptura, es decir, la Fuerza requerida
para romperse.
En estos momentos, estaríamos en condiciones de entender que, la diferencia entre la
Resistencia y la Dureza es mas bien una cuestión de concepto. En la Resistencia está
involucrada la Fuerza o Tensión requerida para romper la muestra o material, si embargo, en
la Dureza está involucrada la Energía que logra absorber la muestra o material antes de
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romperse. Esto se puede explicar acordándonos de Física. Dado que la resistencia es
proporcional a la fuerza necesaria para romper la muestra y el estiramiento es medido en
unidades de distancia (la distancia que la muestra es estirada), entonces la resistencia por
estiramiento (área) es proporcional a la fuerza por distancia, y según recordamos de la física,
Fuerza x Distancia = Energía. ¿Se entiende cual es la diferencia?
Repetimos; desde el punto de vista físico, la respuesta es que la resistencia nos dice cuánta
fuerza es necesaria para romper una muestra, y la dureza nos dice cuánta energía hace falta
para romper una muestra. Pero en realidad no nos dice cuáles son las diferencias desde el
punto de vista práctico.
Lo importante es saber que justamente, dado que un material es resistente, no necesariamente
debe ser duro. Veamos el siguiente gráfico de tres curvas.
Punto de Ruptura
de las Muestras
A
Resistente, No Duro
B
Tensión
C
Resistente y Duro
No Resistente, No duro
Elongación
La curva A representa la relación Tensión – Estiramiento de una muestra que es resistente,
pero no dura. Se observa que, debe emplearse mucha fuerza para romperla, pero no mucha
Energía (área bajo la curva pequeña). Asimismo, esta muestra no se estirará mucho antes de
romperse. Los materiales de este tipo se denominan quebradizos. Debemos aplicar una gran
fuerza para que se empiece a deformar, y cuando lo hace se quiebra.
Por otro lado, la curva B representa la relación Tensión-Estiramiento para una muestra que es
dura y resistente. Este material no es tan resistente como el de la curva A pero su área bajo la
curva es mucho mayor. Por lo tanto puede absorber mucha más energía que el de la curva A.
Entonces ¿por qué la muestra de la curva B puede absorber más energía que la muestra de la
curva A? La muestra B es capaz de elongarse mucho más que la muestra A antes de romperse
y a una fuerza también alta aunque menor que en A, y como se ha recordado que, la Fuerza
multiplicada por la distancia elongada representa Energía, el producto de estos factores para la
curva B es mayor que para la curva A, por lo tanto, existirá mayor energía en la muestra B.
Por ello se puede decir que la deformación de una muestra, permite disipar energía. Mas
claro, si una muestra no puede o le es muy difícil deformarse, la energía no será disipada y
por lo tanto al seguir incrementando la Fuerza o Tensión, ésta se romperá.
Si bien es deseable que para muchas aplicaciones los materiales posean elevados módulos y
resistencia a la deformación, en el mundo real es mucho mejor que un material pueda doblarse
antes que romperse, y si el hecho de flexionarse, estirarse o deformarse de algún modo impide
que el material se rompa, tanto mejor. De modo que cuando se diseñan nuevos polímeros, a
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menudo se sacrifica un poco de resistencia con el objeto de conferirle al material mayor
dureza.
La curva A, representa el comportamiento de los plásticos rígidos y a las fibras, como el
poliestireno o el policarbonato, pueden soportar una gran tensión, pero no demasiada
elongación antes de su ruptura.
Los plásticos flexibles como el polietileno y el polipropileno, representados por la curva B,
difieren de los plásticos rígidos en que soportan mejor la deformación al incrementarse
levemente la fuerza. Su módulo tensil también es elevado, resisten por un tiempo a la
deformación, pero si se sigue ejerciendo mayor fuerza sobre un plástico flexible, éste cederá.
Es posible alterar el comportamiento tensión-estiramiento de un plástico con aditivos
denominados plastificantes. Un plastificante es una molécula pequeña que hace más flexible
al plástico. Por ejemplo, sin plastificantes, el policloruro de vinilo, o PVC, que es un plástico
rígido, se usa tal cual para cañerías con agua, pero con plastificantes, el PVC puede ser lo
suficientemente flexible como para fabricar juguetes inflables.
La curva C que representa a los elastómeros como el polisopropeno, el polibutadieno y el
polisobutileno muestran un comportamiento mecánico completamente diferente al de los otros
tipos de materiales. Observando la curva en el gráfico anterior nos indica que estos
elastómeros tienen módulos muy bajos y se puede ver en la suave pendiente de la recta.
Entonces, se debe saber que resulta sencillo estirar o plegar un trozo de caucho o elástico.
1.2
El Polietileno
El Polietileno, el polímero que más se ve en la vida diaria, el más popular del mundo. Por ser
un material tan versátil, tiene una estructura muy simple, la más simple de todos los polímeros
comerciales.
Una molécula del polietileno no es nada más que una cadena larga de átomos de carbono, con
dos átomos de hidrógeno unidos a cada átomo de carbono, como ya vimos en un principio.
Esta forma es el ideal de la molécula, sin embargo, en la realidad una cadena lineal como ella
no existe absolutamente debido a que algunos de los carbonos en lugar de tener hidrógenos
unidos a ellos, tienen asociadas otras cadenas de polietileno. Esto se designa como polietileno
ramificado. De acuerdo a su forma y cantidad de ramificaciones se denominan de baja
densidad o LDPE y una ramificación mínima se dice polietileno lineal, de alta densidad, o
HDPE. El Polietileno se obtiene por la polimerización del Eteno o Etileno, C2 H4:
H
H
C C
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H
H
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Este es un gas incoloro que a su vez se obtiene a partir del Gas natural, el Nafta, de los
Subproductos del Craqueo del petróleo.
Los procesos habituales para la obtención del Polietileno son:
1.2.1 Síntesis del Polietileno
El proceso se inicia por la excitación del doble enlace C = C de la molécula de Etileno y la
energía necesaria para la rotura de los dobles enlaces se consigue por aportación calorífica o
radiación en presencia de determinados catalizadores.
Este catalizador generalmente es una molécula llamada iniciador. Por ejemplo, el peróxido de
benzoilo. Lo que hace especial a estas moléculas, es que poseen la inexplicable habilidad de
escindirse de un modo bastante inusual. Cuando lo hacen, el par de electrones del enlace que
se rompe, se separa. Esto es extraño, dado que siempre que sea posible, los electrones tienden
a estar apareados. Cuando ocurre esta escisión, nos quedamos con dos fragmentos llamados
fragmentos de iniciador, provenientes de la molécula original, cada uno con un electrón
desapareado. Las moléculas como éstas, con electrones desapareados reciben el nombre de
radicales libres.
La mecánica de reacción es importante conocer un poco lo que sucede con esta química
orgánica. Supongamos que el iniciador es el peróxido de benzoilo:
Peróxido de Benzoilo
Radical formado continúa
en resonancia
Peróxido escindido
Radical libre que reaccionará
con el Etileno
Estos electrones desapareados no se sentirán cómodos estando aislados y tratarán de
aparearse. Si son capaces de encontrar CUALQUIER electrón con cual aparearse, lo harán. El
doble enlace carbono-carbono de un monómero como el Etileno, tiene un par electrónico
susceptible de ser fácilmente atacado por un radical libre. El electrón desapareado, cuando se
acerca al par de electrones, no puede resistir la tentación de robar uno de ellos para aparearse.
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Este nuevo par electrónico establece un nuevo enlace químico entre el fragmento de iniciador
y uno de los carbonos del doble enlace de la molécula de monómero. Este electrón, sin tener
dónde ir, se asocia al átomo de carbono que no está unido al fragmento de iniciador. Y se
podrá comprobar que esto conduce a la misma situación con la que comenzamos, ya que
ahora tendremos un nuevo radical libre cuando este electrón desapareado venga a colocarse
sobre ese átomo de carbono. El proceso completo, desde la ruptura de la molécula del
iniciador para generar radicales hasta la reacción del radical con una molécula de monómero,
recibe el nombre de etapa de iniciación de la polimerización.
Entonces, ya conocemos químicamente como se inicia la polimerización, o la formación del
polietileno para nuestro caso; mediante energía térmica, los iniciadores, disueltos en
cantidades entre el 0,5 al 1% se descomponen dando lugar a los radicales muy reactivos que
reaccionan con los dobles enlaces del monómero (Etileno), dando lugar a la formación de
nuevos radicales.
La activación de los dobles enlaces se perpetua y se convierte en una reacción progresiva que
va alargando la cadena, formando de esta forma el polímero.
Cadena en Crecimiento
Ahora, la pregunta es ¿hasta cuando crecen?. Los radicales son inestables y finalmente van a
encontrar una forma de aparearse sin generar un nuevo radical. Entonces esta pequeña
reacción en cadena comenzará a detenerse. La manera más simple consiste en que se
encuentren dos cadenas en crecimiento. Los dos electrones desapareados se unirán para
formar un par y se establecerá un nuevo enlace químico que unirá las respectivas cadenas.
Esto es lo que se llama, acoplamiento.
Electrones Desapareados
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El acoplamiento es una de las dos clases principales de reacciones de terminación. La
terminación es la tercera y última etapa de una polimerización por crecimiento de cadena.
Pero no todo termina allí, a veces, el electrón desapareado en el extremo de la cadena se
encuentra tan incómodo, que se aparea con un electrón de un enlace carbono-hidrógeno de
otra cadena polimérica (es decir, no con el electrón desapareado del final de la cadena). Esto
deja un electrón desapareado en el medio de la cadena que no puede formar un doble enlace
terminal, pero sí puede y de hecho lo hace, reaccionar con una molécula de monómero (una
molécula de etileno), del mismo modo que lo hace el fragmento de iniciador. ¡Esto origina
una nueva cadena creciente en la mitad de la primera cadena! Y a este fenómeno se le llama
transferencia de cadena al polímero y da lugar a un polímero ramificado. Esta reacción
constituye un problema en el polietileno, tan grave que es imposible obtener polietileno lineal
no ramificado mediante el proceso de polimerización por radicales libres.
En la figura siguiente se observa la transferencia de cadena, en la cual una cadena lineal pasa
a ser activada en su “centro” acoplándose otra cadena polímera.
Estas ramificaciones ejercen un notable efecto en el comportamiento del polietileno.
1.2.2 Proceso de Alta Presión.
Este es el proceso descrito anteriormente, se remonta a 1939 realizando la polimerización del
Etileno a altas presiones (1.000-3.000 atm.) y a temperaturas entre 100 y 300 ºC, en presencia
de oxigeno, peróxido o benzofenonas como catalizadores como ya se señaló. Con el proceso
de alta presión se obtienen densidades en torno a 0.920 gr./cm3.
1.2.3 Proceso de Baja Presión.
En 1952 se desarrolla un segundo procedimiento de polimerización a presiones y
temperaturas inferiores, obteniéndose productos más lineales, con menos ramificaciones en su
cadena polimérica y por tanto más cristalino y con densidades mayores, desde 0.94 gr./cm3.
En este proceso, los catalizadores que se utilizan y que dan nombre a los diferentes tipos son:
-
Catalizadores Zieggler: Sales inorgánicas + Compuesto organométalico.
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-
Catalizadores Phillips: Óxidos de Cromo soportados sobre otros óxidos metálicos
(Aluminio, silicio)
El etileno en fase gas o disuelto reacciona consigo mismo sobre la superficie del catalizador,
continuando el proceso con otras moléculas de etileno y el prepolímero ya reaccionado, con lo
que se va alargando la cadena, quedando unida al catalizador solo por el extremo reactivo.
El proceso de baja presión se puede llevar a cabo de tres maneras:
Suspensión:
Solución
En la que va precipitando en polímero, la reacción se lleva a cabo en presencia
de hidrocarburos saturados, por ejemplo bencina entre 20 y 70 ºC y una presión
de 15 bares. En estas condiciones el etileno es soluble en el disolvente,
mientras que el PE que se va formando es insoluble, y precipita dando lugar a
una suspensión de partículas finas, separándose posteriormente el polímero por
centrifugación.
: El PE formado se disuelve a 130 ºC y presiones algo mayores, eliminándose el
disolvente por destilación.
Fase gaseosa: En este proceso el catalizador se halla finamente dividido y repartido,
formando un lecho fluidizado por el que pasa el etileno en fase gas a 85-100 ºC
y una presión de 20 bares. Junto a los catalizadores se forman gránulos con un
tamaño de 500 mm., el PE formado se separa posteriormente de los
catalizadores, aunque existen algunos, que se encuentran en proporción tan
baja que no hace falta eliminarlos.
Por último se ha conseguido con determinados catalizadores sintetizar polietilenos de baja
densidad a baja presión con una estructura casi lineal denominados Polietilenos Lineales de
Baja Densidad, con una densidad baja pero con estructura o cadenas con pocas
ramificaciones, también en función del catalizador utilizado se producen diversas
distribuciones de pesos moleculares y reparto más uniforme de las cadenas laterales a lo largo
de la cadena principal.
1.2.4 Estructura molecular del Polietileno.
Las diferentes formas de fabricación del PE, y los diferentes procesos son la base de las
diferentes estructuras moleculares de los diferentes tipos de PE y por tanto de las propiedades
físicas y químicas de los mismos.
En general el PE por su estructura simétrica tiende a formar materiales cristalinos, por ello se
define como termoplástico semicristalino, y dependiendo de las condiciones de
polimerización, se obtendrán macromoléculas prácticamente lineales o semi ramificadas, la
frecuencia de estas ramificaciones y la longitud de las mismas, es lo que se denomina grado
de ramificación y se indica como el nº de ramificaciones por cada 1000 átomos de carbono de
la cadena principal.
El peso molecular medio del PEBD se encuentra entre 10.000 y 40.000, y el del PEAD entre
200.000 y 3.000.000, comprobándose experimentalmente mediante espectroscopia de
infrarrojos que el número de terminales metilo, -CH3, por cada 1000 átomos de carbono, es
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mucho mayor en el PEBD que lo que correspondería teniendo en cuenta su menor peso
molecular, lo que indica la presencia de mayor numero de ramificaciones en el PEBD.
Se ha comprobado que la mayoría de las ramificaciones del PEBD son grupos butilo y etilo,
con la presencia de ramificaciones más largas que a su vez también se ramifican, sin embargo
en el PEAD las cadenas laterales no están ramificadas, lo que permite menor distancia entre
las cadenas principales y por tanto mayor densidad.
Las cadenas moleculares se entrelazan dando lugar a zonas ordenadas con fuertes
interacciones y un comportamiento cristalino, y zonas menos ordenadas con menores
interacciones y comportamiento amorfo, así el PEBD tiene un grado de cristalinidad en torno
al 50 %, mientras que el PEAD puede alcanzar el 90%, lo que hace que el PEBD sea mas
blando y flexible.
El PEBDL (Polietileno de baja densidad lineal) tiene una densidad similar al del Baja
Densidad, sin embargo no tiene largas ramificaciones, por lo que su estructura es
prácticamente lineal como la del PEAD.
En resumen los tipos de polietileno que se obtienen en forma ilustrada son:
PEBD.- Polietileno de Baja Densidad.
Presencia de gran ramificación
Densidades entre 0.90 y 0.920 gr./cm3
Mayor desorden, menor cristalinidad, mayor flexibilidad
PEAD.- Polietileno de Alta Densidad.
Presencia de pocas ramificaciones y cortas de 1 a 2 átomos de carbono
Densidad mayores a 0.938 gr./cm3
PEBDL.- Polietileno de Baja Densidad Lineal.
Contiene ramificaciones de cadena corta, como máximo, 6 átomos de carbono.
Densidad entre 0.925 y 0.933 gr./cm3
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Por otro lado, respecto del peso molecular, concepto que ya vimos anteriormente, hay que
pensar no en una sola cadena, sino en un conjunto de ellas como en realidad conforman una
material polimérico.
En general, al aumentar la masa molecular, aumenta el alargamiento y las resistencias a la
tracción, al impacto, tensofisuración, química y deformación por calor, disminuyendo la
flexibilidad.
En la tabla siguiente se resume la variación de propiedades, dentro de cada tipo de PE, en
función del aumento de la densidad y la disminución del índice de fluidez (aumento de la
masa molecular media).
PROPIEDAD
AUMENTO DENSIDAD
DISMINUCIÓN INDICE FLUIDEZ
⇑⇑
⇑
Módulo elástico
⇑
⇑
Dureza
⇑
⇑
Temperatura Fusión
⇑
−
Temperatura Máxima de Uso
⇑
⇑
Temperatura Fragilización
⇓
⇓⇓
Resistencia al Impacto
⇑
⇑⇑
Permeabilidad
⇓
⇓
Tensofisuración
⇑
⇓
Fluidez
⇓
⇓⇓
Transparencia
⇑
⇓
Tracción
⇑:
⇓:
Aumenta
Disminuye
⇑⇑:
⇓⇓:
Aumenta Mucho
Disminuye Mucho
- : No Influye
Hasta ahora todas las propiedades que se han comentado, corresponden a materiales vírgenes,
es decir sin aditivos de ningún tipo, pero en el caso de que el material resultante vaya a estar
expuesto a la luz, como consecuencia de la energía radiante luminosa absorbida por las
estructuras químicas que forman los polímeros, se produce una degradación de los mismos, en
el caso del polietileno los enlaces C-H y C-C tienen una frecuencia de absorción
correspondiente a la luz ultravioleta, con longitudes de onda entre 300 y 400 nm. Por ello se
debe adicionar algún compuesto que evite esta degradación, utilizándose en el caso del
polietileno el negro de humo, que tiene como misión filtrar o absorber los rayos ultravioleta y
evitar por tanto la fotoxidación. El proceso de adición del negro de humo lo realiza en la
mayoría de los casos el fabricante de la poliolefina, por lo que la resina que recibe la Planta
transformadora, como POLYTEX, le llega generalmente formulado. La presentación final del
producto obtenido por el fabricante suele ser una granza uniforme del tamaño de lentejas.
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
15
Ilustración del material polietileno de alta y baja densidad y su incidencia en la densidad, peso
molecular y cristalinidad.
Polietileno de Baja Densidad
Desorden, menos cristalinidad.
Mayor separación entre moléculas poliméricas,
por sus ramificaciones largas.
Menor peso que aportan los carbonos e
Hidrógenos por unidad de volumen.
Mayor Flexibilidad, menor elongación.
Polietileno de Alta Densidad
Mayor linealidad, mas orden, por lo tanto, más
cristalino.
Mayor cantidad de moléculas poliméricas, mayor
masa por unidad de volumen, mayor densidad.
Mayor posibilidad de elongación
Más rígidos.
En resumen, sabemos que los termoplásticos como el polietileno pertenecen a la curva
Tensión –Elongación, situada en los plásticos flexibles, sin embargo, comparando el
polietileno de Baja Densidad y el de Alta Densidad, tendríamos la siguiente situación gráfica:
PEAD
Zona Rígida
PEBD
Resistencia
a la Tensión
Tensión
Zona Elástica
Elongación
Si bien el PEAD está desplazado hacia el lado rígido, tiene mayor elongación que el PEBD
antes de su ruptura, debido a que su área bajo la curva es mayor y por lo tanto disipa mayor
energía, haciéndolo mas duro y también más rígido que el PEBD.
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
16
2.0
GEOMEMBRANA
2.1
General
La Geomembrana POLYTEX es un producto que está manufacturado para ser utilizado
principalmente como lámina impermeabilizante con un coeficiente de permeabilidad del
orden de los 10-12 cm./seg., lo cual lo hace especial en las operaciones de retención de
fluidos.
Estas láminas de polietileno pueden encontrarse bajo un régimen de mayor o menor rigidez o
flexibilidad, dado lo cual, se distinguen entre ellas como; de alta densidad, HDPE, de baja
densidad, LDPE o de baja densidad lineal, LLDPE. POLYTEX, las fabrica en rollos de hasta
13 metros de ancho y en largos de hasta 250 metros, ambos según su espesor. Los espesores
de las Geomembranas POLYTEX pueden ser desde 300 µm hasta 2.5 mm.
Las Geomembranas pueden ser expuestas a la intemperie con radiaciones promedio de 180
Kly manteniendo su resistencia tensil por largo tiempo, gracias a que las cadenas moleculares
del polietileno, en gran parte, no reciben directamente la radiación ultravioleta de los rayos
solares, puesto que al estar rodeadas de partículas de negro de humo que actúan como
absorbedores de esta radiación, se mantienen protegidas.
El Negro de humo absorbe la radiación ultravioleta y la disipa en forma de energía calórica,
sin embargo, esta protección no es infinita, pueden haber contenidos moleculares que no
fueron totalmente cubiertos y pueden recibir la radiación directa, produciéndose rompimiento
de enlaces y por ende degradaciones que van incrementándose con el tiempo. En presencia de
Oxígeno u oxidantes fuertes, esta degradación puede acelerarse formando una
descompensación en cadena en la gran molécula.
La Geomembrana POLYTEX es aditivada con la cantidad suficiente de Negro de Humo de tal
manera que su contenido final sea mayor a 2% y hasta 3%, asegurando que por la
granulometría menor a 40 nanómetros del negro usado, haya una dispersión de éste mas
uniforme en el producto.
Puede ser fabricada de acuerdo a los requerimientos del usuario, teniendo en cuenta los
parámetros de durabilidad, flexibilidad, dureza, y rigidez para un proyecto específico.
2.2
Especificaciones técnicas de la Geomembrana
Los requerimientos para la provisión de geomembrana impermeabilizante de polietileno de
alta densidad (HDPE) y/o polietileno de baja densidad lineal (LLDPE) para usos en
canchas y piscinas se basan en lo siguiente:
2.2.1 Material de Referencia de la Geomembrana y Métodos de Ensayos
Las Normas listadas a continuación forman parte de las Especificaciones que POLYTEX
toma como referencia para utilizarlos como parámetros de calidad en la fabricación de
geomembranas. En sus fichas técnicas menciona sólo la designación básica de ensayos.
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
17
Geosynthetic Research Institute (GRI) Referencial
GRI GM10 (sólo HDPE) – GRI GM13
American Society for Testing and Materials (ASTM) Publications:
D 638-97
D 792-98
Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics
Standard Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of
Plastics by Displacement
D 1004-94a Standard Test Method for Initial Tear Resistance of Plastic Film and Sheeting
D 1238-98
Standard Test Method for Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion
Plastometer
D 1505-98
Standard Test Method for Density of Plastics by the Density-Gradient Technique
D 1603-94
Standard Test Method for Carbon Black in Olefin Plastics
D 3895
Test Method for Oxidative Induction Time of Polyolefins by Thermal Analysis
D 4218
Test Method for Determination of Carbon Black Content in Polyethylene
Compounds by the Muffle-Furnace Technique
D 4833-96e1 Standard Test Method for Index Puncture Resistance of Geotextiles,
Geomembranes, and Related Products
D 5199-98
Standard Test Method for Measuring Nominal Thickness of Geotextiles and
Geomembranes
D 5323
Practice for Determination of 2% Secant Modulus for Polyethylene
Geomembranes
D 5397
Procedure to Perform a Single Point Notched Constant Tensile Load – (SPNCTL) Test: Appendix
D 5596
Test Method for Microscopic Evaluation of the Dispersion of Carbon Black in
Polyolefin Geosynthetics
D 5721
Practice for Air-Oven Aging of Polyolefin Geomembranes
D 5885
Test method for Oxidative Induction Time of Polyolefin Geosynthetics by High
Pressure Differential Scanning Calorimetry
D 5994-98
Standard Test Method for Measuring Core Thickness of Textured Geomembranes
2.2.2 Criterios de Conformidad para la Geomembrana según requerimientos del
usuario.
Caso 1: El usuario solicita productos considerando sólo dimensiones de éste.
En este caso, los parámetros que se toman para liberar el producto son los referidos a las
especificaciones de ensayo de la Norma ASTM D 638 (Tensiles), ASTM D 1004-94a
(Resistencia al Rasgado), ASTM D 4833 –00 (Resistencia al Punzonado) y las mediciones
dimensionales correspondientes, aparte de la textura de la lámina.
Los valores obtenidos, deberán ser igual o mayor a las fichas técnicas publicadas por
POLYTEX, según especificaciones técnicas de GRI, con las tolerancias indicadas mas
adelante, exceptuando a los valores de Tensión y Elongación en el punto de Fluencia (estas
son mediciones referenciales del comportamiento Rígido-Flexible del Plástico, que no
determinan necesariamente una peor o mejor resistencia del producto)
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
18
Caso 2: El usuario solicita productos de acuerdo a Especificaciones o Fichas técnicas.
Este caso, se diferencia del anterior, en que todas las especificaciones técnicas deben ser
cumplidas en la fabricación, con las tolerancias propias de las especificaciones o acordadas
con el cliente, para liberar el producto.
Caso 3: El usuario solicita productos según algunos requerimientos específicos.
Para este caso, todas las especificaciones requeridas por el cliente deben cumplirse
considerando las tolerancias acordadas con él. Los otros parámetros serán tomados según el
caso 1 para dar la conformidad al producto.
2.2.3 Parámetros de Calidad
Las Geomembranas POLYTEX son fabricadas con resinas de Alta Densidad, Media Densidad
y/o Baja densidad Lineal, para entregarles las propiedades necesarias de optimización de
procesamiento y calidad requerida por los Clientes. En tablas siguientes se presentan los
valores de los parámetros de calidad para la Geomembrana.
Especificaciones para la Resina de HDPE y LLDPE
METODO DE
ENSAYO
PROPIEDAD
Peso específico
VALORES
ESPECIFICOS
ASTM D-1505-98
LLDPE 0.915 a 0.926 g/ml
HDPE 0.932 a 0.945 g/ml
Índice de fusión (Melt Index)
Contenido de negro de humo
% Rango admisible
Contenido de resina “rework”
ASTM-D-1238-98
Condición E
Menos que 1 gr / 10 minutos
ASTM D-1603-94
2.0 – 3.0
Debe ser procesado
del mismo Producto
10% Máximo
Sin incluir resina reciclada
externa
Debe ser 100% Virgen
RESINA BASE:
NORMA
ASTM
UNIDAD
VALORES
Densidad Real resina
D792
gr/cm 3
0.938 – 0.95
Densidad Aparente
D792
gr/cm 3
0.53 – 0.62
D 1238
gr/10 min
0.1 – 0.3
PROPIEDADES
Melt Index (2.16 kg)
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
RESINAS
ALTERNATIVAS
19
PRODUCTO GEOMEMBRANA HDPE
PROPIEDA
DES
NORMA
UNIDAD
ASTM
VALORES ESPECIFICOS
Espesor
0.75 mm
Espesor
1.0 mm
Tensión en
punto de
estiramiento
D638
KN/m
11
15
Elongación
en Punto
Estiramiento
D638
%
12
12
Espesor 1.5
mm
26
13
Espesor
2.0 mm
29
13
Espesor Frecuencia
2.5 mm
Ensayos kg
37
13
9.000
Resistencia a
la tracción o
Tensión a la
Ruptura
D638
KN/m
20
29
43
53
67
Elongación a
la ruptura
D638
%
700
750
750
750
750
Resistencia al
rasgado
D1004
N
93
150
220
249
311
20.000
Resistencia a
la perforación
o Indice de
Punzonamie
nto
D4833
N
240
400
530
640
800
20.000
Densidad
Producto
D792
gr/cm 3
>0.941
90.000
Dispersión
Negro de
Humo
D5596
Categor.
1 ó2
20.000.
Cantidad
Negro de
Humo
D4218
%
2.0-3.0
20.000
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
20
PRODUCTO GEOMEMBRANA LLDPE - BASE GRI
PROPIEDADES
Resistencia a la
tracción o Tensión a
la Ruptura
Elongación a la
ruptura
Resistencia al
rasgado
Resistencia a la
perforación o Indice
de Punzonamiento
NORMA
UNIDAD
ASTM
D638
KN/m
VALORES ESPECIFICOS
Espesor
0.75 mm
Espesor
1.0 mm
Espesor
1.5 mm
Espesor
2.0 mm
Espesor
2.5 mm
20
27
40
53
66
Frecuencia
Ensayos kg
9.000
D638
%
800
800
800
800
800
D1004
N
70
100
150
200
250
20.000
D4833
N
190
250
370
500
620
20.000
Densidad Producto
D792
gr/cm 3
0.92 - 0.93
90.000
Dispersión Negro de
Humo
D5596
Categ.
1 ó2
20.000
Cantidad Negro de
Humo
D4218
%
2.0 - 3.0
20.000
PRODUCTO GEOMEMBRANA HDPE TEXTURADA UNA CARA
PROPIEDADES
Tensión en punto de
estiramiento
Elongación en Punto
Estiramiento
Resistencia a la
tracción o Tensión a
la Ruptura
Elongación a la
ruptura
NORMA
UNIDAD
ASTM
VALORES ESPECIFICOS
Espesor 1.0
mm
22
Espesor 2.0
mm
Frecuencia
Ensayos kg
D638
KN/m
D638
%
12
12
12
D638
KN/m
20
33
40
D638
%
600
600
600
Resistencia al rasgado
D1004
N
93
156
187
20.000
Resistencia a la
perforación o Indice
de Punzonamiento
D4833
N
240
400
480
20.000
Densidad Producto
D792
gr/cm 3
>0.941
90.000
D5596
Categor.
1ó2
20.000
D4218
%
2.0-3.0
20.000
Dispersión Negro de
Humo
Cantidad Negro de
Humo
15
Espesor
1.5 mm
30
9.000
NOTA: Otros ensayos GM13, se realizan con Laboratorios externos (IDIEM -CESMEC) de Chile
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
21
2.3
Manipulación de rollos de Geomembrana y almacenaje
Es importante conocer la forma de carga y descarga de los rollos de Geomembranas,
principalmente de espesores superiores a 750 µm y de largo mayor a 7.0 m, como también su
forma de almacenamiento.
2.3.1
Infraestructura requerida
La manipulación de los rollos desde el galpón de almacenamiento de POLYTEX, para ser
trasladados hasta el interior de un container, u otro transporte de carga, requiere de lo
siguiente:
•
•
•
•
•
•
Grúa Horquilla de 6-8 ton de capacidad como mínimo.
Elemento complementario de la horquilla, denominado lanza con eslinga, ver foto 1,
para una alternativa de traslado.
Lanza con ángulo de inclinación para introducir en interior del cono del rollo, ver foto
2. Otra alternativa de traslado y carga.
Eslingas de estrobos para sujetar y levantar los rollos, en caso de usar esa alternativa.
Operador de la Grúa y un operador general.
Tubos de Polietileno para soporte y levante de los rollos
Foto 1: Alternativa 1
Lanza para Slinga
Apoyos flexibles
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
22
Foto 2: Alternativa 2
Ángulo de 30º ± 5°
2.3.2 Traslado del rollo
2.3.2.1 Alternativas de toma del rollo
Tanto los rollos de geomembrana de 1,0 mm como de 1,5 mm tienen un peso nominal mayor
a una ton, considerando largos mayores a 150 metros, por lo tanto, si el largo del rollo, es de
± 8 metros, nos encontraremos con un efecto de desplazamiento del centro de masa de la grúa
horquilla, tendiendo a levantarse, al usar la lanza introducida en el cono del rollo, por ello, se
recomienda una máquina con capacidad superior a 6 ton y con un levante del mástil superior a
4.5 metros.
Se puede usar una Horquilla con capacidad menor, pero con la lanza eslinga, foto 1. Esta
alternativa tiene la limitante de cargar los rollos a una altura menor en el interior del container
o de un camión cerrado, por efecto de su techo.
Alternativa 1: Tal como se ilustra en la foto 1, la grúa con la lanza se posiciona sobre y en
forma paralela a lo largo del rollo. Previamente a ello, se ha dispuesto el producto de tal
manera de hacer pasar debajo de éste, la eslinga como en la ilustración siguiente.
Primero, se coloca en el cono del rollo, un “choco” de
madera y se levanta con la eslinga, para colocar debajo
un soporte blando, como un tubo de polietileno, que deje
una holgura necesaria para pasar dicha eslinga.
La forma anterior de levantar el rollo, también sirve para acomodarlo y posicionarlo para
tomarlo con la lanza 1 o la lanza 2.
Una vez tomado el rollo y enganchado con las eslingas se procede a su traslado hasta el lugar
correspondiente de carga o disposición.
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
23
Foto 3: La eslinga se
amarra con un grillete a un
cáncamo soldado en la
punta de la lanza. Para la
segunda eslinga que va
posicionada cercana a la
base de la lanza, se toma
con la horquilla o uña de la
grúa.
De acuerdo a como se observa en la foto 4, se traslada el rollo hasta la posición del container
o camión cerrado, intruduciéndolo a su interior levantando o bajando el levante o mástil de la
Grúa Horquilla. La maniobra requiere que otra persona esté en el container para dirigir al
operador de la grúa y a su vez soltar las Eslingas. (Foto 5)
Foto 4: Lanza eslinga
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
24
Alternativa 2: Tal como se mostró inicialmente, con la lanza de la foto 2 se puede hacer la
misma operación de traslado del producto anteriormente vista, ésta es la que se recomienda
porque requiere menos tiempo de operación (no hay que amarrar ni sacar eslingas), sin
embargo, el diseño de la lanza se diferencia con la otra al tener un ángulo respecto de la
horizontal de 30º ±5 que le permitirá maniobrar y posicionar el rollo en las últimas etapas del
carguío.
Puerta de Carga del
Transporte
Mientras más alto el
carguío, mas complicado es
el uso de la lanza 1, sin
embargo, con la lanza 2 se
podría cargar hasta el
último nivel.
El ángulo de inclinación de la lanza 2 permite esta maniobra, puesto que, a pesar del pandeo
de la lanza por el peso del rollo, la inclinación del mástil de la grúa más el ángulo de la lanza
permite la operación en los últimos niveles de carga. La misma situación corre para la
descarga.
Mas Peso de Rollo
Mas Inclinación
de Mástil
> 6 Ton
En resumen, Para efecto de traslado de rollos en interior de galpón, planta o terrenos llanos,
de la empresa o del usuario, se puede usar, en caso de contar con una grúa de menor
capacidad, el sistema de eslingas, y para efecto de carga y descarga, usar la alternativa Nº2.
El almacenamiento de los rollos, se debe hacer en terreno llano, excento de partículas
cortopunzantes, con una manta de polietileno o polimanto de Polipropileno en su base. La
altura permitida de estiba de los rollos es de hasta 5 niveles, ya sea en “patas” parejas o en
pirámide.
En ambas formas de almacenamiento, se deben disponer de cuñas en los costados del rollo de
tal forma que no exista desplazamiento de éstos y se produzca el derrumbamiento de la pata.
En diagrama siguiente se observa esta descripción.
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
25
Foto 5:
Disposición de
rollos al interior de
transporte cerrado
Soportes laterales
Manto Polietileno
Pata pirámide
Tacos o Cuñas
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
26
2.3.3 Diseño de lanza
Diseño de lanza Nº2, para introducir en centro de cono de rollo, de 5”, reforzado con nervio
de acero, pletina de 16 mm de espesor, formada con una base metálica con las perforaciones
de ingreso de la uñas u horquillas de la grúa, a 30º de inclinación respecto de la horizontal, y
una cañería mannesman Sch 80. El largo total del sistema alcanza los 8500 mm.
Para efecto del diseño de la lanza con eslinga, (foto 1), se diferencia de éste diagrama anterior,
en que en la punta lleva soldado el cáncamo para amarrar con el grillete la eslinga, y la
entrada de la uña u horquilla a la base de la lanza, no tiene un ángulo de inclinación, es
paralelo a la lanza.
2.4
Instalación y Unión Termosellante de la Geomembrana
2.4.1
Introducción físico química del proceso de termofusión del polietileno
Antes de conocer los procedimientos de instalación de la Geomembrana de polietileno, nos
introduciremos en el comportamiento del polietileno, ante factores o parámetros calorimétricos
y de temperatura en el proceso de termofusión.
2.4.1.1 Amorfismo y Cristalinidad
La Geomembrana de Polietileno es un producto que ha pasado por estados de fases diferentes,
desde que se sintetizan y polimerizan sus resinas bases hasta su estado fundido, nuevamente, en
la extrusión y posterior y final, estado sólido.
En este estado sólido, nos encontramos con dos tipos de fases según su ordenamiento molecular;
la primera, con una porción de cadenas de polietileno cuyas moléculas se encuentran dispuestas
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
27
según un ordenamiento regular y, la segunda, es una cuyas cadenas poliméricas forman una masa
completamente enredada. En el primer caso, decimos que el polímero es cristalino y en el
segundo diremos que es amorfo.
Ahora, se preguntarán qué tiene que ver lo anterior con la termofusión, para el caso de la
Geomembrana, bastante, puesto que tenemos que considerar entonces que este producto y
cualquier otro de material plástico, no va a tener una estructura molecular uniforme, por lo tanto,
ante un tratamiento de tipo térmico debemos tomar en cuenta varios factores de tal manera de
mantener un equilibrio de las propiedades mecánicas del plástico y que por cierto, están dadas
por la conformación molecular.
Por ejemplo, sabía usted que las copas de vino de “cristal” están compuestas de moléculas que
no tienen nada de cristalinidad, es decir, su estructura es totalmente desordenada y por lo tanto,
amorfa.
Respecto de la cristalinidad, ¿qué tipo de ordenamiento suelen formar los polímeros?
Suelen alinearse estando completamente extendidos, como si fueran una prolija pila de
maderos.
Pero no siempre pueden extenderse en línea recta. De hecho, muy pocos polímeros logran
hacerlo, y esos son el polietileno de peso molecular ultra alto, y las aramidas como el Kevlar
y el Nomex. La mayoría de los polímeros se extienden sólo una corta distancia para luego
plegarse sobre sí mismos. Ver figura siguiente.
En el caso del Polietileno cadenas se extienden alrededor de 100 angstroms antes de plegarse.
Pero no sólo se pliegan de esta forma. Los polímeros forman apilamientos a partir de esas
cadenas plegadas. En la siguiente figura se representa uno de esos apilamientos, llamado
lamella.
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
28
Cómo ya hemos dicho, una parte del polímero es cristalina y otra parte no lo es.
Efectivamente, aún los polímeros más cristalinos no son totalmente cristalinos. Las cadenas, o
parte de ellas, que no están en los cristales, no poseen ningún ordenamiento. Entonces se dice
que están en el estado amorfo.
Si observamos la figura ampliada de un conjunto de lamellas, llamadas esferulitas, veremos
cómo están dispuestas las porciones cristalina y amorfa.
Por lo tanto, ningún polímero es completamente cristalino. La cristalinidad hace que los
materiales sean resistentes, pero también quebradizos. Un polímero totalmente cristalino sería
demasiado quebradizo como para ser empleado como plástico. Las regiones amorfas le
confieren dureza a un polímero, es decir, la habilidad de poder plegarse sin romperse.
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
29
Entonces en una termofusión de una Geomembrana de polietileno, se deberá mantener el
equilibrio de fases original procurando no formar en este proceso un mayor porcentaje de
lamellas, respecto de las porciones amorfas, de tal manera de continuar con un producto
maleable y no tan quebradizo.
Ahora, cómo podremos saber si se está generando porciones de mayor cristalinidad o mayor
amorfismo. En este caso, debemos conocer algo de calorimetría del plástico, que significa
estudiar qué ocurre cuando un polímero es calentado, es decir, conocer las transiciones
térmicas.
2.4.1.2 Calor y Temperatura
Recordemos que cuando agregamos una cierta cantidad de calor a algo, su temperatura se
incrementará en una cierta cantidad y que la cantidad de calor necesaria para producir ese
determinado incremento se llama capacidad calorífica, o Cp. Obtenemos la capacidad
calorífica dividiendo el calor suministrado por el incremento resultante de temperatura.
Este concepto, podemos graficarlo según lo siguiente:
Flujo de Q
Q/t
T°
¿Qué mas podemos conocer?, se puede averiguar mucho mas que la capacidad calorífica de un
polímero. Veamos qué ocurre cuando calentamos el polímero un poco más. Continuando con la
gráfica anterior, luego de una cierta temperatura la curva dará un brusco salto hacia arriba, lo
cual significa que estamos teniendo un mayor flujo de calor y que lo está absorbiendo el material.
T° Transición
Vítrea
Flujo de Q
Q/t
T°
También significa que hemos obtenido un incremento en la capacidad calorífica de nuestro
polímero. Esto sucede porque el polímero ha sufrido la transición vítrea (Tg). Y de acuerdo a
lo explicado en páginas anteriores, los polímeros poseen una mayor capacidad calorífica por
encima de la temperatura de transición vítrea que por debajo. Debido a este cambio de
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
30
capacidad calorífica que ocurre en la transición vítrea, se puede emplear una técnica de
medición, llamada Calorimetría Diferencial de Barrido para medir la temperatura de
transición vítrea de un polímero. Se puede apreciar que el cambio no ocurre repentinamente,
sino que tiene lugar a través de un rango de temperaturas. Esto hace que resulte un poco
complicado escoger una Tg discreta, pero generalmente se toma como Tg al punto medio de la
región inclinada.
Cristalización
Ahora, qué tenemos por encima de la transición vítrea. Los polímeros poseen una gran
movilidad. Se contornean, se retuercen y nunca permanecen en una misma posición durante
mucho tiempo. Cuando alcanzan la temperatura adecuada, han ganado la suficiente energía
como para adoptar una disposición sumamente ordenada, que obviamente llamamos cristales.
Cuando los polímeros se disponen en esos ordenamientos cristalinos, liberan calor. Y llega un
momento en que dejan de absorber calor aún incrementando la temperatura. Esta caída en el
flujo de calor puede verse como una gran depresión en la curva de flujo de calor versus
temperatura:
Flujo de Q
T°
La temperatura en el punto más bajo de la misma, se considera generalmente como la
temperatura de cristalización del polímero, o Tc. Si se mide el área de la depresión, nos dará la
energía latente de cristalización del polímero. Pero, lo que es más importante aún, esta
depresión nos indica que el polímero de hecho es capaz de cristalizar. Si analizáramos un
polímero 100% amorfo, como el poliestireno (elástico), no obtendríamos ninguna depresión,
ya que estos materiales no cristalizan.
Además, dado que el polímero entrega calor cuando cristaliza, decimos que la cristalización
es una transición exotérmica.
Fusión
El calor puede permitir que se formen cristales en un polímero, pero si se suministra en
demasía, puede causar su destrucción. Si seguimos calentando nuestro polímero más allá de
su Tc, finalmente llegaremos a otra transición térmica que se denomina fusión. Cuando
alcanzamos la temperatura de fusión del polímero, o Tm, los cristales poliméricos comenzarán
a separarse, es decir, se funden. Las cadenas abandonan sus arreglos ordenados y comienzan a
moverse libremente. Podemos ver qué sucede en la gráfica que nos ha estado indicando estas
transiciones.
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
31
¿Recuerda el calor que el polímero liberó cuando cristalizó? Bien, cuando alcanzamos la Tc,
es hora de recuperarlo. Existe un calor latente de fusión, como así también un calor latente de
cristalización. Cuando los cristales poliméricos funden, deben absorber calor para poder
hacerlo. Recuerde que la fusión es una transición de primer orden. Esto quiere decir que
cuando se alcanza la temperatura de fusión, la temperatura del polímero no se incrementará
hasta que hayan fundido todos los cristales. Este calor extra durante la fusión aparece como
un gran pico en nuestra curva:
Flujo de Q
T°
Podemos medir el calor latente de fusión midiendo el área de este pico. Y obviamente,
consideramos la temperatura en la parte superior del pico como la temperatura de fusión del
polímero, Tm. Puesto que hemos tenido que suministrar energía para que el polímero funda,
decimos que la fusión es una transición endotérmica.
Resumiendo, hemos visto un tramo de la curva en el cual el polímero fue calentado por
encima de su temperatura de transición vítrea. Luego vimos una gran depresión cuando el
polímero alcanzó su temperatura de cristalización. Y finalmente observamos un gran pico
cuando el polímero alcanzó su temperatura de fusión. Si unimos todo, haciendo una curva
completa, veremos lo siguiente:
Flujo
Calor
Temperatura
La depresión que forma la cristalización y el pico de fusión sólo aparecerán en los polímeros
capaces de formar cristales, como el polietileno. Los polímeros completamente amorfos, no
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
32
exhibirán ni cristalización ni fusión. Pero los polímeros que contengan dominios tanto
cristalinos como amorfos, mostrarán todas las características que vemos en la gráfica.
Si observa atentamente la curva, se podrá apreciar una gran diferencia entre la transición
vítrea y las otras dos transiciones térmicas, cristalización y fusión. En el caso de la transición
vítrea, no hay ninguna depresión, como así tampoco ningún pico. Esto es porque durante la
transición vítrea, no hay calor latente entregado o absorbido. Pero la fusión y la cristalización
sí involucran entrega o absorción de calor. Lo único que vemos en la temperatura de
transición vítrea es un cambio en la capacidad calorífica del polímero.
¿De lo anterior, cual sería la T° que debemos tomar como referencia para una soldadura
termofusionada? Debería ser a partir de la Tm, si es mayor, el material va a sufrir degradación
por efecto de oxidación de las cadena poliméricas inestables por el incremento de la T° y en
consecuencia, el enfriamiento debería ser gradual hasta su Tc, sin embargo, en la práctica y en
terreno, los parámetros de T° sólo son manejados según lo indicado por la máquina de soldar
y referencialmente se comprueba su óptimo sello mediante pruebas de tensión en ellos,
además, y por lo anteriormente descrito, un sello termofusionado óptimo en terreno dependerá
de muchas otras variables, tales como las condiciones atmosféricas referidas a T°, Presión,
humedad, partículas en suspensión, viento y a variables reguladoras entregadas por el equipo
de soldar.
2.5
Operatividad en la Instalación de la Geomembrana
El Trabajo que ha de realizarse en la operación de instalación de geomembrana, consistirá en el
suministro de toda la mano de obra, equipos, maquinaria y materiales (insumos), así como
también la prestación de aquellos servicios y el cumplimiento de aquellos deberes que resulten
necesarios para la construcción de la totalidad de las obras, según las Especificaciones Técnicas,
las indicaciones en los Planos, o bien, según requiera el mandante y/o el usuario.
2.5.1
Materiales de Geomembrana
El material retirado desde la bodega del mandante, deberá encontrarse libre de todo hoyo,
ampollas y rasgaduras, el material debe encontrase libre de cualquier indicio de contaminación
por materias extrañas. Los defectos de esta naturaleza que se presentaren, deberán repararse
mediante la aplicación del método de soldadura por fundición y extrusión, de acuerdo con las
recomendaciones entregadas por POLYTEX.
Se debe disponer los rollos de Geomembranas sobre un piso parejo, libre de materiales corto
punzantes y de otros contaminantes del plástico, sobre un geosintético o geomembrana
extendida, apilados ojalá en forma piramidal.
2.5.1.1 Características del Material de Polietileno
Para todos los materiales suministrados en calidad de polietileno de alta densidad (HDPE), o de
Baja densidad lineal (LLDPE), se contará con las especificaciones técnicas con el fin de definir
los ensayes y los tipos de pellet (resina de polietileno) o cordón apropiado para las reparaciones.
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
33
2.5.1.2 Cordón de Extrusión o Granulado
El cordón de extrusión o granulado deberá estar fabricado en su totalidad de la misma resina,
tener el mismo tipo de polietileno y ser del mismo proveedor de la geomembrana.
Los aditivos procesados y antioxidantes, aparte del negro de humo, deberán ser identificados
por su nombre y porcentaje. El porcentaje combinado total de los medios de elaboración,
antioxidantes, negro de humo y otros aditivos, deberá ser inferior al 3.5 % en peso. Todos los
aditivos deberán estar dispersos a través del cordón de extrusión o granulado. No deberá
existir ningún tipo de contaminación de materias extrañas en el cordón de extrusión o
granulado
2.5.1.3 Instalación e inspección de terreno
Las membranas de revestimiento deberán instalarse en los sectores indicados para tales efectos
en los planos, o según señale el usuario a cargo. La superficie del suelo en cada lugar de
instalación, deberá encontrarse pareja y lisa. El debe asegurar que las superficies a revestir se
encuentren en condiciones parejas, lisas y libres de toda protuberancia de rocas, piedras, palos,
objetos filosos y desperdicios. Todas las rocas y desperdicios, etc., deberán eliminarse mediante
pasadas con rastrillos o cepillos, o bien sacándolos a mano, cuya realización la efectuará el
usuario o sus Contratistas de Movimiento de Tierra según resultare necesario.
El Instalador realizará las inspecciones del caso y certificará que todas las superficies en las que
hayan de colocarse revestimientos de membrana estén de conformidad con las especificaciones
indicadas, recepcionando dichas superficies junto con la persona a cargo del proyecto. Las
superficies que no se encontraren de conformidad con dichas especificaciones tendrán que ser
rectificadas por el Contratista de Movimiento de Tierra.
Los conflictos que surgieren en relación con los procedimientos de instalación, deberán
someterse al personal a cargo del proyecto por escrito para su resolución. Será necesario obtener
la aprobación de éste por escrito antes de iniciar el trabajo.
Los revestimientos deberán colocarse encima de las superficies preparadas, mediante el uso de
métodos y procedimientos que velen por que la cantidad de manipulación sufrida por el material
se mantenga a una mínima expresión. El Instalador suministrará los medios de anclaje temporal
necesarios para evitar que el material sea objeto de daños por la acción del viento (se pueden
utilizar sacos para 50 kilos).
Todo manejo y almacenamiento de los materiales de revestimiento, deberán realizarse de
acuerdo con las instrucciones del fabricante al respecto, emitidos en forma impresa. Las personas
que hayan de desplazarse a pie por encima del revestimiento o que trabajen en él, deberán usar
zapatos limpios de suela blanda.
Los revestimientos deberán instalarse en una condición aflojada (cuando la geomembrana se
encuentre dilatada) y deberá encontrase libre de tensiones o fatigas al cabo de la instalación. Por
ningún motivo se tensará de modo alguno los materiales de revestimiento para hacerlos calzar
forzosamente en cualquier espacio.
En sectores de talud o de otra manera inclinadas, deberá mantenerse a un mínimo las necesidades
de utilizar de costuras confeccionados en terreno. Las costuras se efectuarán traslapando el
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
34
material de cuesta arriba (aguas arriba) por sobre el material ubicado cuesta abajo (aguas abajo),
empleando una cantidad de traslapado que sea suficiente para cada caso (mínimo 10 cm). Se
dejará una cantidad mínima de un metro de material entre un punto medido desde el pie de cada
inclinación hasta la costura horizontal más próxima que se encuentre ubicada en sector plano.
Los trabajos de instalación se realizarán bajo la supervisión de un jefe de terreno, que cuente con
un nivel de experiencia equivalente a la instalación de al menos 1.000.0000 metros cuadrados de
revestimientos con materiales de HDPE y/o LLDPE. El Jefe de terreno se pondrá a disposición
con anterioridad al inicio de los trabajos de instalación.
≥ 10 cm
El Instalador extremará las medidas de cuidado en la ejecución de todos los trabajos preparativos
de todos los sectores en que hayan de realizarse soldaduras. El material de cada sector que haya
de soldarse, se limpiará y se preparará de acuerdo con los procedimientos aprobados, y todas las
uniones de láminas por soldadura se efectuarán por métodos térmicos.
Todo equipo de soldadura empleado para los trabajos a que se refieren en los acápites anteriores,
deberá tener una capacidad suficiente para la realización adecuada de un monitoreo y control
permanente y continuo de las temperaturas de trabajo en la zona de contacto en donde la
máquina se encuentre efectivamente fundiendo el material de revestimiento, a objeto de asegurar
que no se afecte negativamente la integridad de las soldaduras debido algún cambio producido
en las condiciones climáticas ambientales.
El método principal a emplearse para la realización de costuras, lo constituirá la soldadura con
cuña caliente (A-B). Se permitirán las soldaduras por extrución (C) solamente en aquellos
sectores que hayan sido señalados para recibir tal tratamiento o dentro de los sectores designados
para efectuar trabajos de reparación. Cada soldadura por extrusión será de una longitud no
superior a los 3 metros.
Lámina superior
Lámina
superior
Costura
Canal de Prueba
Costura
Con aporte de material
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
35
Lámina
superior
Unión por temperatura
Borde
Para el caso de las separaciones de costura tipo "boca de pescado", se eliminará el sector
afectado mediante su recorte y retiro, y se procederá a traslapar el material restante y aplicar una
soldadura por extrusión. Luego, se tapará con un parche por separado todo el sector en que se
produjo la separación tipo "boca de pescado", de modo de poder contar con un segundo sello
como margen adicional de seguridad.
Al término del Trabajo, todas las soldaduras presentarán uniones firmes y apretadas. Aquellos
sectores de membrana que presentare cualquier daño debido a peladura, roce, perforación o de
otro tipo por cualquier causa, será reemplazado o reparado, según corresponda.
El Instalador no permitirá ningún grado de sobre pulido visible resultante de los trabajos para
alisar los sectores de soldadura.
El Instalador tomará en cuenta que existirán siempre posibilidades de presentarse cambios
bruscos del tiempo en el sector de instalación, en diversas oportunidades. Estos cambios, al
producirse, pueden ocasionar demoras en la confección de las costuras en terreno. Por lo tanto,
sólo se realizarán los trabajos de unión de paneles y de reparaciones solamente cuando se
presenten condiciones climáticas favorables para la consecución de este tipo de operaciones.
2.5.2
Control de Calidad de las Membranas
El Instalador, utilizará métodos de ensaye no destructivos y susceptibles de practicarse en el
mismo lugar, para llevar a cabo pruebas de todas las uniones en orden a verificar sus condiciones
de estanqueidad y asegurar que se haya obtenido la confección de costuras uniformes sobre una
base continua a medida que se avance en los trabajos de instalación.
Cada costura puede ser inspeccionada por un técnico en control de calidad (experiencia más de
1.000.000 de metros cuadrados), y en todo sector en que se detecten desperfectos se marcarán y
repararán de acuerdo con los procedimientos establecidos para las reparaciones de materiales de
HDPE o LLDPE. Además, se confeccionarán las actas correspondientes a instalación y
reparaciones.
2.5.2.1 Muestreo y Selección
Se divide el material en lotes y se toma una muestra de este de acuerdo con lo especificado en
la norma ASTM D4354. Un rollo de geomembrana es la unidad de muestreo. Para la muestra
de laboratorio, de cada rollo seleccionado como muestra de lote se deben descartar las dos
primeras vueltas y cortar un metro lineal por el ancho del rollo. La muestra correspondiente
debe estar limpia y seca y debidamente empacada.
Sacar los testigos de prueba de la muestra de laboratorio en una forma aleatoria distribuida a
lo largo del ancho, tomando testigos a una distancia no menor de 100 mm del ancho del rollo,
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
36
a menos que se especifique de otra manera. Se debe incluir al menos un testigo tomado a una
distancia no mayor de 152 mm del borde. Teniendo en cuenta que las uniones son una parte
importante en las aplicaciones con geomembranas, las lecturas de espesor dentro de los 152
mm son apropiadas.
2.5.2.2 Pruebas de Terreno para Costuras de Unión
Además de la realización de los procedimientos de instalación, El Instalador implementará un
programa amplio de control de calidad en el terreno. Todo el proceso de muestreo y de ensaye de
terreno, lo llevará a cabo, con la aprobación y bajo la supervisión directa del personal a cargo del
proyecto.
El programa de ensaye de terreno para los trabajos de instalación, consistirá en un proceso de
observación visual en combinación con la realización de pruebas de continuidad y de resistencia.
Dichas inspecciones y pruebas se realizarán rutinaria y automáticamente, independientemente de
los otros tipos de ensayes que pudieran requerirse. A continuación se detallan los métodos para el
programa de ensayes de terreno:
a)
Observación Visual
La observación visual se realizará en forma rutinaria y automática, independientemente de todos
los ensayes requeridos. Deberá practicarse para todas las costuras soldadas en el terreno, así
como también para el caso de los ensayes de soldaduras de prueba (o de presoldadura) que se
realizarán al comienzo de cada jornada de trabajo. Los procedimientos de observación indicados
se detallan a continuación:
•
Realizar una soldadura de prueba con cada máquina, operada por el operario que haya de
utilizarla durante el trabajo normal. Reparar o reemplazar toda maquina que se detecte con
condiciones defectuosas o que no funcione adecuadamente, no permitiendo su uso mientras
no sea restaurado y pueda demostrar buenos resultados en dicha evaluación.
•
Efectuar una revisión visual de todas las costuras confeccionadas en terreno para verificar las
condiciones de extrusión o apretado, de impresión, las características de fundición y la
cantidad de traslapado.
•
Revisar las máquinas en cuanto a su estado de limpieza, temperaturas de trabajo y aspectos
relacionados.
•
Verificar visualmente para detectar cualquier sobre pulido en las costuras confeccionadas por
las soldaduras de extrusión.
•
Realizar una prueba de la resistencia a separación en láminas con muestras recortadas de
cada extremo final de cada costura confeccionada en terreno.
b)
Pruebas de Continuidad
Deberá aplicarse un máximo esfuerzo para obtener la instalación de un revestimiento perfecto.
Esto significa que todas las costuras, parches y soldaduras por extrusión que se hayan realizado
en el terreno deberán ser sometidos a las pruebas indicadas, incluyendo la debida documentación
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
37
de los resultados obtenidos. Todas las fallas deberán localizarse y repararse de acuerdo con las
instrucciones del personal a cargo del proyecto.
Procedimiento general a aplicar por El Instalador:
•
Se ensayarán todas las costuras y parches aplicadas en terreno, lo que se efectuará mediante
la aplicación de presión de aire en el interior de las costuras, o bien, por el método de la caja
al vacío u otro método aprobado. En el texto a continuación se describen las pruebas con aire
bajo presión y al vacío.
•
Se localizará y reparará todo sector que presente indicios de fugas de aire. Una vez reparado,
se someterá nuevamente a pruebas.
2.5.2.3 Métodos aceptables para el ensaye de costuras:
I)
Método de Prueba por Aire bajo Presión
Se describe a continuación el procedimiento de la prueba por aplicación de aire bajo presión en
el interior de la costura, usada para costuras confeccionadas mediante soldaduras realizadas con
el método de cuña caliente (soldaduras dobles):
Canal de Prueba
Soldadura
Soldadura
Aire a presión
•
Sellar la costura a ensayarse en ambos extremos aplicando calor en los dos extremos de la
misma hasta alcanzar la temperatura de fluidez. Colocar grampas para mantener cerrados
dichos extremos. Dejar enfriarse.
•
Insertar un conjunto de medidor de aire con aguja de inflar en un extremo de la costura y
volver a sellar.
•
Aplicar aire bajo presión al espacio existente entre las dos soldaduras. Se determinará la
integridad de la costura de acuerdo con las tasas de fuga detectadas. Se efectúa una lectura de
la presión al comienzo de la prueba, después de una espera de 2 minutos, para dejar que el
aire inyectado alcance condiciones de temperatura del ambiente en el interior de la
membrana. La lectura final de la prueba se toma al cabo de un lapso de 5 minutos después de
la lectura inicial. Se determinan los valores tanto para la presión inicial como para la tasa de
fuga. En la siguiente tabla se da un ejemplo para una geomembrana de 1.0 mm HDPE:
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
38
Presión Inicial Mínima y Tasas de Fuga Máxima Permitida
Espesor de
Lámina HDPE
1.0 mm
Presión Mínima inicial
Presión Mínima final
Fuga máxima
permitida, después de
una espera de 5 min.
207 Kpa
(30 psi)
186 Kpa
(27 psi)
21 Kpa
(3 psi)
Rango de Presión de aire para la prueba
•
Los resultados obtenidos de las pruebas con aire bajo presión, se registrarán, con indicación,
de si cada costura ha sido aprobada o ha sido rechazada en la prueba en cuestión. Al ser
rechazada, todos los trabajos de reparación y de ensaye posterior en la costura de que se trate,
deberán registrarse en ese mismo documento. Además, se anotará en la superficie del
revestimiento al lado del sector sometido a prueba, los respectivos datos de la hora de la
prueba, informaciones pertinentes sobre la prueba, y el nombre de la persona que la haya
realizado, utilizando para tales fines un marcador de tipo "Mean Streak" o similar, de tinta
indeleble.
•
Inspeccionar visualmente la costura entera para detectar cualquier problema de traslapado
excesivo, malos resultados de extrusión o apretado, la presencia de arrugas, u otra evidencia
que pudiera indicar una mala calidad de costura. En caso de localizar visualmente alguna
rotura, ésta deberá parcharse y volver a ensayarse. A falta de poder ubicar el punto exacto de
alguna fuga visualmente, éste deberá localizarse aislando la costura por sector mediante
sellado, repitiendo la prueba para cada sector. Como alternativa, se puede volver a soldar la
costura completa, sometiéndola después a un nuevo ensayo. Deberá tomarse una muestra de
cupón dentro del sector reparado, para ser sometida a pruebas de resistencia a separación en
láminas realizadas por el Instalador. En todo caso, el personal a cargo del proyecto podrá
determinar si la soldadura deberá ser recubierta, si lo estime necesario.
II)
Método de la Caja al Vacío
El procedimiento propuesto para la prueba por método de la caja al vacío se detalla a
continuación:
•
Se prepara una mezcla de detergente líquido en solución con agua, aplicando una cantidad
abundante al sector que haya de ensayarse. Las costuras que presenten un traslapado
excesivo o extremos sueltos, deberán desbastarse antes de la realización de la prueba.
•
Se coloca una caja de vacío traslúcida sobre el sector a ensayarse, aplicando una leve presión
hacia abajo en la caja para que la tira de sello que tiene incorporada se asiente firmemente
sobre la superficie de la membrana del revestimiento.
•
Se aplica al sector un vacío equivalente a, entre 21 y 34 Kpa (de 3 a 5 psi). Las fugas que
hubiera se tornarán visibles en la forma de la aparición de grandes burbujas de detergente en
los puntos de fuga.
•
Los resultados obtenidos de las pruebas al vacío, se registrarán en el documento apropiado,
con indicación de sí cada costura ha sido aprobada o ha sido rechazada en la prueba en
cuestión. En caso de ser rechazada, se registrará en ese mismo documento todo trabajo de
reparaciones y de nuevo ensaye. Además, se anotará en la superficie del revestimiento al lado
del sector sometido a prueba, los respectivos datos de hora de la prueba, informaciones
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
39
pertinentes sobre la prueba, y el nombre de la persona que la haya realizado, utilizando para
tales fines un marcador de tipo "Mean Streak" o similar, de tinta indeleble.
Vacío
III a)
Ensayes de Resistencia (Laboratorio) - Soldaduras de Prueba
Los procedimientos que se detallan a continuación se realizarán por El Instalador a objeto de
llevar a cabo ensayes de resistencia para toda soldadura de prueba (o presoldadura):
Para ensayar las costuras de las soldaduras de prueba, se confeccionarán soldaduras de prueba
con dimensiones de 1.000 mm de largo por 300 mm de ancho, probando sucesivamente cada
máquina de soldadura por cuña caliente y/o por extrusión, en las siguientes oportunidades y bajo
las condiciones indicadas a continuación:
•
•
•
•
•
•
Al inicio de toda operación de confección de costuras.
Al completarse cada período de 4 horas de operaciones de costura, o bien, cuando se presente
fluctuaciones en las temperaturas del material de membrana mayores que los 20 °C.
Después de efectuarse cualquier reparación al equipo de formación de costuras.
Con cada operador que haya de operar un equipo para la fabricación de costuras.
Para cada método de precostura y de costura empleado para la confección de costuras en el
terreno, haciendo uso para dicho propósito de las mismas condiciones y los mismos
materiales como en los trabajos de terreno.
Según lo requiera el Ingeniero a cargo del proyecto.
Al lado de cada soldadura de prueba se anotarán con un marcador los datos de fecha,
temperatura y número de la máquina soldadora. Se recortarán de cada soldadura de prueba
una muestra de cupón con dimensiones de 25 mm de ancho por 200 mm de largo, para ser
sometida a ensayes de resistencia a cizallamiento y a separación en láminas de acuerdo con
las normas ASTM aplicable. Además, se podrá retirar muestras en forma aleatoria a partir de
las membranas soldadas e instaladas, para ser sometidas a ensayes similares, según
instrucciones del Ingeniero a cargo del proyecto.
Mandíbulas de agarre
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
40
III b) Ensayes de Resistencia (Laboratorio) - Costuras Fabricadas en Terreno
Para el caso de las costuras fabricadas en terreno, se llevarán a cabo los siguientes
procedimientos para determinar los valores de resistencia que presenten las costuras de este tipo
que se someten a ensaye:
Se tomarán muestras para ensayes destructivos desde las costuras fabricadas en terreno, así como
también desde los parches y los sectores reparados. La frecuencia y los sitios de muestreo para la
toma de muestras para ensayes destructivos, serán determinados por el Ingeniero a cargo del
proyecto, siempre que no sean inferiores a una muestra por cada 150 metros lineales de costuras
fabricadas en terreno. Cada muestra tomada tendrá dimensiones aproximadas de 1.000 mm de
ancho por 300 mm de largo y se recortará del material de revestimiento instalado cortándolas en
el sentido perpendicular a la orientación de la costura. Cada muestra tomada para ensayes
destructivos deberá dividirse en dos submuestras, de tamaños iguales, para ser ensayado por el
Instalador y por la persona a cargo del proyecto, respectivamente. Cada submuestra deberá ser
etiquetado para identificarla por su número de muestra para ensaye destructivo, sitio de
muestreo, nombres de las personas que fabricaron la costura, número de la máquina de soldadura
y fecha de muestreo.
Cada muestra para ensaye destructivo será dividida en 10 cupones de muestra, con dimensiones
de 25 mm de ancho y 200 mm de largo, las que serán sometidas en el lugar mismo a pruebas de
resistencia a separación en láminas y de resistencia a cizallamiento. Para el caso de las costuras
soldadas con método térmico, se dejarán enfriar o entibiarse, según corresponda, hasta alcanzar
una temperatura de unos 20 grados Centígrado antes de someterse a prueba. Además, a opción
del usuario, se podrá enviar un 10% aproximadamente de todos los cupones de muestra a un
laboratorio independiente para ser sometido a pruebas confirmatorias. En caso de producirse
diferencias significativas entre los resultados de laboratorio y los obtenidos de los ensayes de
terreno, se suspenderán los trabajos de instalación mientras no se haya resuelto la diferencia a la
satisfacción del mandante de la faena.
Se llevará a cabo un total de 5 pruebas de cizallamiento y 5 pruebas de resistencia a separación
en láminas, utilizando para dicho propósito los 10 cupones de muestra tomados para los fines de
los ensayes destructivos. Todos los cupones deberán arrojar resultados con los valores mínimos.
En tabla a continuación se da un ejemplo para HDPE de 1mm:
Material
HDPE
Tipo de Falla
Valor Mínimo Indicado
Separación en Láminas
Film Tear Bond (FTB)
Corte por cizallamiento
175 psi
Con el término "Film Tear Bond" (FTB) se refiere a un tipo de falla de separación en láminas
que ocurre a través del material base original de la membrana y no a través de la interfaz entre la
membrana y la soldadura. Por lo tanto, la muestra aprueba exitosamente cuando se produce una
rotura de tipo FTB, y la muestra es rechazada en la prueba si ocurre una rotura a través de la zona
de contacto entre la membrana y la soldadura antes de producirse una falla en el material base
original. Se considera que una muestra para ensayes ha sido aprobada cuando los resultados tanto
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
41
de la muestra de terreno como la del laboratorio han sido aprobadas en sus respectivas pruebas
de resistencia a separación en láminas y resistencia a cizallamiento.
Cuando una muestra es rechazada, sea en las pruebas de separación en láminas o sea en las
pruebas de cizallamiento, la costura de que haya sido tomada deberá volver a muestrearse hasta
que se obtenga una muestra capaz de ser aprobada y se pueda localizar así la parte defectuosa de
dicha costura.
Dicho procedimiento de localización de la parte defectuosa por proceso de aislamiento se llevará
a cabo tomando dos muestras adicionales para ensayes destructivos en sitios ubicados a unos 3
metros a cada lado del lugar de origen de la muestra rechazada. Este procedimiento se reiterará
hasta obtener una muestra aprobada en ambos lados del sector defectuoso. Una vez que se haya
aislado así la parte defectuosa de la costura, se recubrirá la costura completa a través de toda su
longitud, o bien, se reparará de una manera aceptable para el Ingeniero a cargo del proyecto. Al
repetirse un rechazo en alguna costura, se suspenderá el uso del equipo de soldadura de que se
trate o el operador responsable mientras no se individualice las dificultades o no se corrijan las
causas y no se demuestre un resultado exitoso en dos costuras sucesivas sometidas a las mismas
pruebas.
El técnico de control de calidad o ingeniero de terreno representante del Instalador, inspeccionará
cada costura, estampando su rúbrica y anotando la fecha de inspección en el extremo de cada
panel inspeccionado. Los sectores en que se detecten cualquier desperfecto deberán marcarse y
repararse de acuerdo con los procedimientos de reparación indicados.
Valores de Resistencia de Uniones del Polietileno
Alta Densidad (HDPE) Texturado y Liso
Unido por Métodos de Calor (Unidades S.I.).
Ver Norma GRI GM19 (Solo la tabla de GRI GM19 se incluye como referencia, pero se aplica la Norma entera,
por lo tanto, el Contratista deberá informarse de todos los detalles de la Norma.)
Espesor Geomembrana Nominal mm
0.75
1.00
1.25
1.50
2.00
2.50
250
350
440
525
700
875
50
50
50
50
50
50
Resistencia al desgarro , N/25 mm.
170
225
285
340
455
570
Separación en desgarro, %
25
25
25
25
25
25
Resistencia al cizalle (2), N/25 mm.
Elongación del cizalle en el
rompimiento(3), %
Resistencia al desgarro(2), N/25 mm.
250
350
440
525
700
875
50
50
50
50
50
50
170
225
285
340
455
570
Separación en desgarro, %
25
25
25
25
25
25
(1)
Uniones Cuña Caliente
Resistencia al cizalle(2), N/25 mm.
(3)
Elongación a ruptura , %
(2)
Extrusion Fillet Seams
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
42
Notas para Tabla HDPE
(1). También se aplica para los métodos de aire caliente y ultrasónicos.
(2). Es necesario que 4 de las 5 muestras ensayadas cumplan con los valores listados para resistencias de cizalle
y desgarro; la 5° muestra debe llegar a 80% de los valores listados, como mínimo.
(3). Serán omitidas las mediciones de elongación para ensayos en terreno.
(4). Se requiere “film tearing bond” (FTB).
(5). La falla debe ser dúctil.
Valores de Resistencia de Uniones
Polietileno Lineal de Baja Densidad (LLDPE)
Texturado y Liso Unido por Métodos de Calor (Unidades S.I.).
Ver Norma GRI GM19
Solo la tabla de GRI GM19 se incluye como referencia, pero se aplica la Norma entera, por lo tanto, el
Contratista deberá informarse de todos los detalles de la Norma.
Espesor Geomembrana Nominal mm
0.75
1.00
1.25
1.50
2.00
2.50
175
230
290
345
460
580
50
50
50
50
50
50
Resistencia al desgarro , N/25 mm.
150
190
250
290
385
500
Separación en desgarro, %
25
25
25
25
25
25
175
230
290
345
460
580
50
50
50
50
50
50
Resistencia al desgarro , N/25 mm.
150
190
250
290
385
500
Separación en desgarro, %
25
25
25
25
25
25
Uniones Cuña Caliente(1)
Resistencia al cizalle(2), N/25 mm.
(3)
Elongación a ruptura , %
(2)
Extrusion Fillet Seams
Resistencia al cizalle (2), N/25 mm.
(3)
shear elongation at break , %
(2)
Notas para la Tabla LLDPE
1. También se aplica para los métodos de aire caliente y ultrasónicos
2. Es necesario que 4 de los 5 cupones ensayados cumplan con los valores listados para resistencias de cizalle y
desgarro; el quinto cupón debe llegar a 80% de los valores listados, como mínimo.
3. Mediciones de elongación serán omitidas para ensayos en terreno.
4. Se requiere “film tearing bond” (FTB)
5. La falla debe ser dúctil
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
43
Modelo de Ficha de Despacho
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
44
Modelo de Ficha Control de Calidad
Manual Técnico Geomembranas POLYTEX
45