impermeabilización de balsas con geomembranas sintéticas

impermeabilización de balsas con geomembranas sintéticas

artículo
Manuel Blanco, Florencio García, Juan Carlos De Cea* y Francisco Javier Sánchez*.
Laboratorio Central de Estructuras y Materiales (CEDEX). *Dirección General del Agua. Ministerio de Medio Ambiente
IMPERMEABILIZACIÓN DE BALSAS
CON GEOMEMBRANAS
SINTÉTICAS: CONTROL
Y SEGUIMIENTO
38
artículo
El control de los materiales inicialmente, se lleva a cabo a
nivel de laboratorio, realizando los ensayos correspondientes
para poner de manifiesto la validez de los mismos y conocer
sí superan los requerimientos mínimos exigidos. En cambio, la
evaluación de esos materiales una vez instalados en obra es
más compleja.
Se aborda en este artículo la estrategia a seguir para la
evaluación periódica de las geomembranas utilizadas en la
impermeabilización de balsas, comentado el tamaño de las
probetas a extraer, los ensayos a realizar según la naturaleza
del material.
INTRODUCCIÓN
En este trabajo se trata de exponer de forma
muy somera el control de seguimiento de materiales
de distinta naturaleza orgánica empleados en la impermeabilización de balsas. Este tipo de controles se inició
en nuestro país a finales de la década de los ochenta
gracias a la colaboración entre el Gobierno de Canarias
y el Centro de Estudios y Experimentación de Obras
Públicas (CEDEX) (1-4). Asimismo, la Dirección General
del Agua del Ministerio de Medio Ambiente hace más
de dos lustros ha querido llevar a cabo un programa
notable de seguimiento a través de todo el territorio
nacional para investigar el comportamiento de estos
materiales, cumplir con la normativa vigente y, de esta
forma, mejorar la durabilidad de los materiales aplicados
y aumentar la seguridad de las balsas. En diversos foros
se han expuesto los resultados alcanzados, así como en
comunicaciones presentadas a diversos Congresos y en
revistas especializadas (5-11).
MATERIALES
Las geomembranas sintéticas están constituidas por
una resina a la que acompañan una serie de productos
conocidos como aditivos, a nivel general. A la hora de
redactar el proyecto para la impermeabilización de la
balsa se debe elegir el tipo de geomembrana a utilizar.
En ocasiones, se puede ir por el camino de los materiales de mayor tradición en este campo y con una amplia
literatura científica sobre el comportamiento en servicio
de los mismos. Otras veces, se puede decantar por un
material de una determinada naturaleza en virtud de
la tipología de balsa, de su geometría y de la ubicación
de la misma. En la mayoría de los casos, por desgracia,
se suele ir al material más barato, fundamentalmente,
cuando la obra la realiza el pequeño usuario para el
riego de sus tierras; lo malo es que lo barato, a la larga
puede ser caro. Pero como técnicos tampoco se puede
olvidar los nuevos materiales que la Tecnología pone a
nuestra disposición y con unas prestaciones que pueden
mejorar la de los materiales tradicionales.
La durabilidad es otro factor importante a la hora
de la elección del material. En este contexto los elastómeros presentan una larga vida; el CEDEX está llevando
a cabo la evaluación periódica de una lámina de caucho
butilo colocada en el azud de Matavacas (Sanlúcar de
Guadiana –Huelva–) hace más de treinta años (12).
No obstante, la durabilidad va íntimamente ligada a la
correcta formulación de la geomembrana.
Una vez elegido el tipo de geomembrana se
plantea a donde dirigirse para su adquisición. Conviene
recurrir a una casa de experiencia y que facilite una
relación de obras de probada solvencia y la acompañe
con una garantía. Dicha garantía debe ser lógica para
el tipo de material empleado; ocurre, en algún caso,
que el técnico exige unas garantías que se salen de la
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probable vida media del geosintético considerado y en
otras, la casa comercial indica una durabilidad excesiva
para el material macromolecular, con objeto de hacerse
con la obra.
Seleccionado ya el material, cuando el fabricante lo
envíe a la zona de obras, debe aislarse adecuadamente
de las inclemencias del tiempo y, fundamentalmente,
evitar la incidencia de las radiaciones solares sobre el
mismo, muy especialmente si se trata de determinados
geosintéticos.
Los materiales poliméricos que forman, mayoritariamente las láminas que constituirán las geomembranas
sintéticas utilizadas en nuestro país son:
– Poli(cloruro de vinilo) plastificado homogéneo
(PVC-P/h)
– Poli(cloruro de vinilo) plastificado con inserción de
fibra de vidrio (PVC-P/fv)
– Poli(cloruro de vinilo) plastificado reforzado con
tejido de hilos sintéticos (PVC-P/hs)
– Polietileno de alta densidad (PEAD)
– Polietileno de media densidad (PEMD)
– Polietileno de baja densidad (PEBD)
– Polietileno de muy baja densidad (PEMBD)
– Copolímero de etileno/acetato de vinilo (EVA/C)
– Polietileno clorosulfonado (CSM)
– Polipropileno (PP)
– Caucho de etileno-propileno-monómero diénico
(EPDM)
– Caucho butilo (IIR)
– Poliolefinas (POE, TPO)
desde fábrica a obra no idóneas climatológicamente y
por otros muchos factores. En resumen, se deben tomar
muestras del material recepcionado para conocer las
características iniciales del producto (13).
En la actualidad la normativa europea, y por ende
la española, no da unas exigencias mínimas requeridas
para los distintos materiales (14-15), por ello y debido
al desconocimiento existente sobre el tema, el Ministerio de Medio Ambiente, Medio Rural y Marino está
elaborando un Manual de diseño, construcción, explotación y mantenimiento de balsas que en su capítulo
9º hace referencia a la impermeabilización y tendrá en
cuenta, entre otros muchos temas, los requerimientos
mínimos exigidos. Antes de que dicho manual, o bien
las normas que el comité técnico 104 está redactando
sobre puesta en obra salgan a la luz, será preciso realizar
los ensayos que indique el folleto técnico suministrado
por el fabricante del geosintético.
Hay otro problema a tener en cuenta. Normalmente, cuando llega el material a la obra se empieza
a trabajar rápidamente y no se puede esperar a que
lleguen esos resultados del laboratorio, máxime cuando
algunas pruebas como envejecimiento y resistencia
a las raíces pueden durar meses. En estos casos, se
recomienda, recurrir a unas pruebas mínimas que den
una idea bastante certera de la calidad del material.
Esas pruebas podrían ser las que se llevaran a cabo al
realizar el seguimiento del material en el tiempo y que
se citan en el siguiente apartado.
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SEGUIMIENTO
CARACTERÍSTICAS INICIALES
Aunque el Ingeniero puede hacer los ensayos
pertinentes con materiales provenientes de distintas
procedencias para conocer a un nivel previo las características de las distintas ofertas y así seleccionar un
tipo de producto; además de analizar las características
técnicas de la lámina que figuran en los diferentes folletos comerciales, es imprescindible analizar el material
que ha llegado a la obra. Pues, en una visita técnica a la
factoría o material que se envía para análisis previos, el
fabricante va a mandar un buen producto, eso es evidente. Además, el fabricante puede ser excelente, pero
a todo escribiente se le escapa un borrón, como cuenta
el dicho popular, y por motivos diferentes una determinada anchura puede no ser buena, una temperatura
que no ha llegado o que se ha pasado, unos aditivos que
no eran los adecuados por que la casa suministradora
habitual no dispone de ellos en ese momento y hay que
localizarlos en otra, por las condiciones de transportes
El concepto de balsa parece tener un carácter de
obra pequeña, de charca, cuando la realidad es muy
diferente, tanto es así que en bastantes casos, entrarían
dentro del antiguo Reglamento de Presas y Embalses
como «grandes presas» (16), por lo que a la hora
de su construcción hay que tenerlo muy presente y
seguir, según la clasificación, lo indicado en el mismo.
No obstante, se podría preguntar ¿Cuántas balsas se
construyen al margen del mismo? La respuesta sería
que bastantes.
Aunque la Dirección General del Agua está haciendo un gran esfuerzo en el sentido de la catalogación de
las balsas existentes, lo cierto es que se desconoce con
exactitud su número y ubicación, principalmente debido
a que muchas son privadas. Afortunadamente, no es
frecuente oír o leer en los medios de comunicación que
han fallado y lo único positivo es que hasta la fecha, no
ha habido victimas humanas, pero sí grandes pérdidas
materiales: campos anegados, cosechas perdidas, líneas
de ferrocarril levantadas, falta de transporte público
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Fig. 1. Zona de extracción
de muestras de PP en el
talud norte de la balsa de
La Contraviesa (Torvizcón,
Granada).
durante una semana, etc. Pero aparte de la idoneidad
de la construcción, la falta de catalogación y otros
inconvenientes, lo peor y más generalizado es no estar al
tanto de las mismas hasta que ocurre algo, no hay agua
para riego o suministro público, la central hidroeléctrica
ha dejado de funcionar y otras situaciones semejantes.
Entonces, es cuando se va a la balsa, se observa lo que
pasa y se empiezan a pedir explicaciones y a buscar
culpables, en muchos casos demasiado tarde.
Lo anteriormente expuesto indica la necesidad,
no solamente tener en cuenta las condiciones iniciales
correctas desde el punto de vista constructivo y la
calidad y aplicación del sistema impermeabilizante, si no
vigilar la obra de una forma continua, con unos encargados de la misma que casi diariamente comprueben si
hay fugas, si funcionan los drenes, si se observa alguna
anormalidad en la geomembrana o cualquier otro tipo
de patología.
Además, como se indica en las normativas de puesta
en obra hay que llevar a cabo un control en el momento
de la instalación (17), así como el seguimiento de la geomembrana sintética para conocer su estado y cuando es
necesario proceder a una reimpermeabilización o bien
realizar algún tipo de protección puntual (18-19).
Ha sido más complicada la tarea de dirimir que
pruebas deberían realizarse para conocer el estado
de la geomembrana, siempre ateniéndose al principio
de consumir la mínima cantidad de material y obtener
datos representativos del «estado del arte» en ese
momento. Con pocos fallos y con muchos aciertos
se fijaron una serie de pruebas que la mayoría con la
experiencia obtenida figuran hoy en la normativa de
puesta en obra y control de balsas.
A nivel general, los ensayos que se realizan como
seguimiento periódico son:
– Espesor
– Resistencia a la tracción
–
–
–
–
–
–
–
–
Alargamiento en rotura
Resistencia mecánica a la percusión
Doblado a bajas temperaturas
Resistencia a la perforación
Resistencia de la soldadura por tracción
Resistencia de la soldadura por pelado
Microscopía óptica
Microscopía electrónica de barrido
Además, en función de la naturaleza de la resina
que constituye la geomembrana se llevarán a cabo las
siguientes pruebas:
– Contenido en plastificantes, resinas y cargas (en
PVC-P)
– Esfuerzo y alargamiento en el punto de fluencia
(en PEAD)
– Resistencia al desgarro (en PEAD)
– Dispersión del negro de humo (en PEAD)
– Dureza Shore (en PEAD y cauchos)
Como se puede observar se incluyen ensayos
microscópicos que analizándolos con cuidado pueden
ser relevantes para determinar el estado del material
en un determinado momento.
TOMA DE MUESTRAS
¿Cuál sería el lugar idóneo de extracción de material para ensayo de control? Por regla general, siempre
del talud norte (orientación al sur en nuestro hemisferio) y en el área de coronación, ya que es el lugar donde
las radiaciones UV procedentes del sol deterioran en
mayor medida al material sintético (20-21). Al cabo de
un cierto tiempo y, para comparar se puede hacer una
extracción en la zona sur y con el tiempo en el este
y oeste. En otras ocasiones, es recomendable elegir
muestras de la zona intermedia o de intermitencias e
incluso del área que está siempre cubierta por el agua,
ya que aunque no es el caso más frecuente hay algunos
materiales que sufren una degradación mayor por el
agua que por el sol. En cualquier caso si se observa
un tipo de patología en una zona determinada es allí
a donde habrá que dirigirse para tomar la muestra
correspondiente. No deberá olvidarse de efectuar una
extracción en zona de soldadura, por la importancia
que tiene la unión entre paños y los fallos que suelen
suceder en sus proximidades.
La figura 1 representa la zona de toma de muestras
en el talud norte de coronación en la balsa de agua
potable de La Contraviesa en La Alpujarra granadina
que está impermeabilizada con polipropileno (PP). La
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Fig. 2. Extracción de una muestra de PEMBD en la balsa de El Cerrillo del Libro (El Ejido,Almería).
figura 2 muestra un momento de la extracción de
polietileno de muy baja densidad (PEMBD) en la balsa
almeriense de El Cerrillo del Libro. En la figura 3 se
está procediendo a la extracción de una muestra de
polietileno de alta densidad (PEAD) en la balsa abulense
de Las Porteras.
Otro problema que se tuvo que dilucidar era
la época idónea para la extracción de muestras y la
frecuencia. En cuanto a la época del año apropiada
depende, fundamentalmente, del uso que se vaya
a hacer del agua, porque conviene que el embalse
se encuentre parcialmente vacío en ocasiones, para
comprobar el estado de la geomembrana en su totalidad. En cuanto a la segunda cuestión planteada, esto
es, la frecuencia de toma de muestras se comenzó
en Canarias haciendo controles semestrales y los
resultados fueron excelentes. Pero visto a distancia,
se podría efectuar de una forma anual; en este punto
las normas españolas ya hablan del tema y hacen las
correspondientes recomendaciones. De todos modos,
hay que tener en cuenta el estado de la geomembrana y el tiempo que lleva instalada; un buen producto
colocado recientemente no debería ser motivo de
una toma de muestras prematura; ahora bien láminas
que llevan instaladas más tiempo que el de su vida
útil necesitarían una vigilancia especial desde el punto
de vista de control.
La realización de las pruebas de seguimiento hace
necesario la toma de muestras de una forma periódica.
Dicha extracción de material debe realizarse con cuidado y restituir con un parche la zona afectada, pues se
trata de un ensayo destructivo. En la figura 4 se procede
a la reposición de material en la zona de extracción
en la balsa herreña de El Golfo impermeabilizada con
el caucho de etileno-propileno-monómero diénico
(EPDM); la figura 5 muestra el parche de poli(cloruro
de vinilo) plastificado repuesto en el área de toma
de muestras en la balsa omnubense de Los Machos.
La cantidad de material a extraer debe ser del orden
de 40x30 cm además de la suficiente de la zona de
unión entre paños. Lo anteriormente expuesto es
Fig. 3. Toma de muestras de PEAD en la balsa de Las Porteras
(La Nava de Arévalo-Ávila).
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Fig. 4. Reposición de material,
EPDM, en el área de extracción
de muestras en la balsa de El Golfo (Frontera, isla de El Hierro).
aplicable a las geomembranas; el tratamiento de otros
geosintéticos (geotextiles, geodrenes, ...) es diferente
pues precisan mayor cantidad de material debido a su
naturaleza textil.
tanto en zonas de coronación, intermedias y próximas
al agua, así como en la solera.
Se puede preguntar si los resultados obtenidos en
los mencionados probetarios son los mismos que los
Probetarios
Como lo que se hace es introducir un parche en el
sistema impermeable y con el fin de deteriorar lo menos
posible a la geomembrana, fundamentalmente en los
primeros años y hacer, incluso, más económico el proceso
de toma de muestras se recomienda la colocación de
unos probetarios del mismo material soldados a la lámina
principal. Dichos probetarios deberán llevar la soldadura
correspondiente hecha en el momento de la instalación,
tal y como se indica en la figura 6 (22-23).
¿Dónde y cuantos probetarios se deben colocar?
El número de ellos es función de la capacidad de la
balsa. Si es muy pequeña quizás que con uno podría ser
suficiente. En balsas de cierta entidad habría que colocarlos en la dirección de los cuatro puntos cardinales,
Fig. 5. Material de reposición en la zona norte de
coronación de la balsa de
Los Machos (Lepe, Huelva) impermeabilizada con
PVC-P.
Fig. 6. Probetario para geomembranas
(Continúa en pág. 44)
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(Viene de pág. 42)
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Fig. 7. Probetario de PEAD
instalado en la balsa de
Moguer (Palos de la Frontera, Huelva).
alcanzados con las muestras extraídas de la geomembrana que forma parte del sistema impermeabilizante.
La contestación es que los datos obtenidos experimentalmente son bastante aproximados, si bien no son exactamente iguales debido a que las tensiones y procesos
de expansión-retracción, especialmente notables en los
termoplásticos, son muy diferentes entre lo que puede
soportar la geomembrana y un simple probetario.
La figura 7 presenta el probetario instalado en la
balsa de Moguer (Huelva) cuya geomembrana impermeabilizante fue polietileno de alta densidad.
BABEROS
En el epígrafe anterior se ha mencionado que, en
general, y para cualquier tipo de material macromolecular ya sea termoplástico o termoestable, la zona a
la intemperie, es decir la parte no cubierta es la más
afectada por el sol y por ello la que soporta una mayor
y más pronta degradación.
Una buena costumbre, es colocar en las proximidades del botaolas y a lo largo de todo el perímetro
de coronación una lámina de la misma naturaleza de la
geomembrana, que incluso puede ser de inferior calidad,
pues no actúa como impermeabilizante para proteger
a la membrana propiamente dicha (Fig. 8). Es decir la
lámina que constituye el babero hace de protector y su
anchura no se precisa que llegue a más 50 cm.
Los gastos añadidos que presenta esta instalación se
ven recompensados, notablemente, cuando se tenga que
reimpermeabilizar, pues al estar esa zona de la lámina en
muy buen estado se puede anclar la nueva membrana
y de esa forma evitar retirar el botaolas, actuar sobre la
zanja de anclaje y volver a poner el pretil de coronación.
Esta operación acarrea tiempo y dinero.
Una costumbre, afortunadamente, cada vez menos
arraigada es hacer este babero de un geotextil, pero
no se recomienda pues el deterioro del mismo es muy
rápido y lo que al principio se podría pensar útil al final
no es rentable.
REIMPERMEABILIZACIONES
En el caso de proceder a una reimpermeabilización se ha de tener en cuenta si la nueva lámina es
de la misma naturaleza que la vieja, pues no existiría
problema de incompatibilidad. Sin embargo, si se va
a colocar un poli(cloruro de vinilo) plastificado sobre
otra geomembrana puede producirse una migración del
plastificante desde la lámina nueva a la vieja con lo que
el deterioro del sistema impermeabilizante se acelera
notablemente (24-25).
Otro tema candente relacionado con las reimpermeabilizaciones es si se elimina la lámina deteriorada
o si se deja por debajo a modo de colchón. Cada proyectista tiene su opinión y sus costumbres, hay casos en
que se elimina y otros en que se deja, previa perforación
de la misma para evitar bolsas de agua entre las dos.
La eliminación de la degradada en ciertos casos causa
problemas por no saber donde colocarla o llevarla a un
depósito o vertedero debido a la cantidad de metros
cuadrados que representa, además la operación es
costosa. La permanencia de la lámina anterior, según
algunos, mejoraría ciertas características como punzo-
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namientos o ataque por raíces, sobre todo cuando el
material empieza a deteriorarse. Una solución que se
emplea, casi siempre, es la colocación de un geotextil
entre las dos láminas.
ción de muestras y posterior análisis en el laboratorio
permiten evaluar el estado de los materiales instalados
en el tiempo y determinar cuando hay que proceder a
una reparación parcial o bien a la reimpermeabilización
de los mismos, antes de que sea demasiado tarde y las
consecuencias sean graves.
COMENTARIOS
1.- Este prolongado estudio en el tiempo ha
considerado un amplio abanico de geomembranas
todas ellas adecuadas para esta aplicación. De todos
los materiales investigados no se puede decir cual
es el idóneo ya que todos bien formulados y mejor
aplicados deben conducir al éxito de la obra. Unos
presentan unas características determinadas excelentes
bajo un punto de vista; otros, sin embargo los superan
en otras propiedades. Por tanto, la elección se llevará a
cabo en función de las necesidades y particularidades
de la obra específica.
2.- Cuando exista una normativa deberá aplicarse
tanto para el material como para su puesta en obra.
3.- A la hora de la toma de muestras periódicas
en la obra se tendrá en cuenta que la zona con más
probabilidades de degradación es la referida al talud
norte, como consecuencia de estar más afectada por
las radiaciones UV procedentes del sol.
4.- En general, si se tuviese que seleccionar un
ensayo para evaluar el estado de una geomembrana
de cualquier material sintético habría que recurrir a las
características de tracción, seguidas de todas las pruebas relacionadas con el impacto dinámico o estático y
el doblado a bajas temperaturas. En el caso particular
del poli(cloruro de vinilo) plastificado es fundamental
determinar su contenido en plastificantes.
5.- En un control periódico no se olvidará comprobar el estado de las uniones entre paños, tanto las
realizadas en fábrica o taller como las efectuadas en
obra y, principalmente, estas últimas por la cantidad de
factores que confluyen en las mismas. Cambios de temperatura ambiente, humedad, temperatura de ejecución,
suciedad, presión sobre el solapo y un amplio etcétera.
Las pruebas a realizar de la resistencia de la soldadura
se llevarán a cabo tanto por los procedimientos de
tracción como de pelado.
6.- Los estudios microscópicos ya sea por vía óptica
de reflexión, ya sea por «scanner» son bastante concluyentes para conocer el estado del geosintético en un
momento determinado y para seguir su evolución.
7.- Es preciso recordar la impor tancia de la
vigilancia continuada de la balsa, en general, y de su
impermeabilización, en particular.
8.- Por último, el control periódico de las geomembranas sintéticas con sus visitas de inspección, extrac-
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Fig. 8. Babero de protección en las proximidades del botaolas
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