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MANTA DE HORMIGÓN COMO SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA LA EROSIÓN EN TALUDES

Paula Breve Nieto Universidad de Santiago de Chile, Estudiante de Ingeniería Civil en Obras Civiles

paula.breve.nieto@gmail.com

Sebastián Oyarzún Cuadros Universidad de Santiago de Chile, Estudiante de Ingeniería Civil en Obras Civiles

seba.oyarzun.cuadros@gmail.com

Esteban Jamett Quezada Profesor Departamento de Ingeniería Civil en Obras Civiles, Universidad de Santiago de Chile

esteban.jamett@usach.cl

RESUMEN Los taludes sin protección sufren erosión y deslizamientos, provocando inestabilidades y riesgos de seguridad, es aquí donde cobran relevancia los sistemas de contención existentes en la actualidad y más específicamente la manta de hormigón como solución eficiente a las problemáticas descritas. Esta manta es una novedosa tecnología la cual es idónea para tratamientos del terreno. Es flexible y capaz de adaptarse a cualquier tipo de superficie. Además es de rápida colocación, ya que se aplica directamente una fina y uniforme capa protectora de hormigón, cubriendo la superficie del talud sin uso de maquinarias pesadas. Esta manta se puede emplear en forma temporal o permanente, brindando una solución práctica en estos días.

1. INTRODUCCIÓN El hormigón es un material que posee muchas ventajas, entre las que se encuentra su capacidad de ser moldeado según la forma en que se requiera, pero necesita de sistemas de confinamiento para funcionar, muchos de los cuales resultan engorrosos en su elaboración y tiempo de ejecución. Para solucionar este inconveniente surge el sistema de la manta de hormigón. Este producto fue desarrollado por una empresa de ingeniería británica llamada CONCRETE CANVAS para mejorar la defensa en la primera línea de ataque al ejército británico en la guerra de Afganistán (Figura 1). Para esto se aplicó la manta de hormigón en las bolsas de arena puestas en la línea defensiva. Además de esto, también se utilizó para un refugio de emergencia de despliegue rápido. Tiempo después de creado, la manta

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ha evolucionado hasta convertirse en una nueva tecnología que posee aplicaciones más allá de los pensados en sus orígenes.

Figura 1: Manta de hormigón utilizada como protección en la primera línea de defensa

Fuente: http://www.nbmcw.com/

Esta manta combina las características estructurales del hormigón con la flexibilidad de una tela, lo que permite darle un nuevo uso al hormigón. También se caracteriza por su durabilidad (vida útil mayor a 20 años), su fácil aplicación sin la necesidad de una gran cantidad de maquinaria y la reducción en el costo de instalación debido a que requiere una menor cantidad de mano de obra. Además de esto, posee múltiples aplicaciones en el ámbito de la construcción y la ingeniería civil, especificando en la presente investigación la solución que presenta frente a la erosión en un talud. Como su instalación no requiere la utilización de maquinaria pesada ni alguna planta de hormigón, posee la ventaja de trabajar de manera más eficiente en zonas de difícil acceso, en donde la mayor parte de los suministros se tienen que transportar vía aérea. Entonces, surge como una alternativa válida la utilización de la manta de hormigón.

2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA El sistema de manta de hormigón consiste en un tejido flexible, el cual posee una malla tridimensional de fibras de plástico que se encuentra impregnada con un mortero de cemento especialmente formulado. Esta puede hidratarse sumergiéndola en agua o ser rociada. Además, el agua no tiene que ser necesariamente dulce, puede ser salada, con lo que se puede utilizar agua de mar en ella. En su parte inferior posee una capa de PVC, la cual le aporta la impermeabilidad a la manta. La malla tridimensional de fibras se utiliza como armadura para evitar la aparición de fisuras. Además de esto la malla absorbe la energía de los impactos y la hace trabajar en el rango plástico.

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Figura 2: Vista transversal de la manta de hormigón. Fuente: http://www.incotrade.cl

Una vez hidratada, la manta permanece trabajable durante dos horas aproximadamente, alcanzando el 80% de la resistencia que la caracteriza en tan solo 24 horas. Una vez fraguado, se forma una capa delgada de hormigón de gran durabilidad. Además de esto, la manta de hormigón posee la capacidad de ser instalada de una manera rápida, ya que puede ser anclada al suelo. Del mismo modo, se puede engrapar o ser revestida con un adhesivo1 para la unión entre las mantas.

Cabe destacar que, según los datos entregados por la empresa POLYTRADE, las pruebas realizadas sobre la manta de hormigón demuestran que ésta posee una resistencia de un hormigón H40. Asimismo se cuenta con una variada cantidad de certificados internacionales que la validan. En nuestro país, el organismo encargado de certificarla es el DICTUC, quienes la han certificado como un hormigón H60.

Otras características que posee la manta de hormigón son:

- Puede fabricarse con acelerantes o retardantes, controlando así el tiempo de fraguado.

- La manta tiene un buen comportamiento frente a los agentes climáticos. Por ejemplo, no es degradable frente a los rayos ultravioleta del sol. Adicionalmente es incombustible, ya que las fibras poseen un tratamiento anti-fuego, y es impermeable por su lámina de PVC.

- No requiere personal especializado para su instalación ni requiere de una planta o algún equipo de mezclado.

- Contamina menos al entorno, debido a que al ser fácil de transportar evita el uso de maquinaria pesada. Además de esto utiliza un 95% menos material que el hormigón tradicional.

1Según la información entregada por empresa POLYTRADE S.A. por lo general se utilizan adhesivos

estructurales, como por ejemplo los productos SIKA

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3. CONSIDERACIONES DE DISEÑO La erosión en los taludes es un problema frecuente que puede provocar grandes problemas que van desde la pérdida de vegetación hasta grandes inestabilidades con considerables deslizamientos de tierra. Para esto surge como alternativa el uso de la manta de hormigón. Pero antes de su utilización, se deben estudiar las condiciones que posee el talud para ver si es factible o no su colocación.

3.1. CONDICIONES DEL TALUD

En relación a las condiciones y características que debe tener el talud para la aplicación de la manta de hormigón, lo primero que se debe verificar es que sea un talud estable, ya que si el talud posee inestabilidad, no podrá sostenerse por sí mismo, provocando deslizamientos de suelo y haciendo que no sea posible aplicar la manta. Adicionalmente, se debe verificar el tipo de suelo del talud. El suelo debe ser lo más compactado posible, ya que si es suelo sin compactación, los anclajes en los que se engancha la manta no podrán aferrarse al suelo del talud. Por tanto la manta no es posible de aplicar en suelos con presencia excesiva de finos, es decir, en suelos con poca capacidad de soporte. La aplicación ideal es en suelos granulares con densidad relativa media alta o con un grado de compactación considerable. 3.1.1. ÁNGULO DE INCLINACIÓN DEL TALUD Con respecto al ángulo de inclinación del talud, la manta de hormigón no posee mayores restricciones, ya que se han realizado revestimientos a taludes con ángulos de inclinación de hasta 90°, obteniendo un comportamiento adecuado de la manta. En taludes con una pendiente pronunciada es preferible como anclaje el uso de pernos de expansión para asegurar la fijación de la manta. Para inclinaciones menores a 5° se requiere mayor cuidado en las uniones de la manta que necesitan de un puente adherente en los traslapes, ya que debido a la poca pendiente, el agua se estanca en la parte inferior y se filtra al terreno, perdiendo la impermeabilidad. Para que las uniones funcionen, se deben colocar los traslapes hacia abajo, así el agua fluye sin problemas. 3.2. ANCLAJES Posteriormente a verificar que es posible aplicar la manta de hormigón, se procede a la elección del anclaje que se utilizará en ella. El anclaje más común y más utilizado para la mayoría de los proyectos es una estaca de fierro (Figura 3). El largo de éstas se determinarán según las características del terreno y su pendiente. Estos anclajes pueden variar a pernos de expansión o barbacanas. En caso de aplicar la manta en climas muy lluviosos se puede mezclar los anclajes de fierro con barbacanas para poder drenar el agua. Estos anclajes al ayudar a mantener la manta fija, cumplirán una función mecánica en el talud.

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Figura 3: Anclajes de estaca

Fuente: Polytrade S.A.

3.3. ELECCIÓN DEL ESPESOR DE LA MANTA Los espesores a usar dependen directamente del tipo de suelo y la pendiente del terreno, siendo el más usado en taludes la manta de 8 o 13 mm por tener mayor capacidad de contención. 4. PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN 4.1. TIPOS DE MANTAS En el mercado se encuentran disponibles tres tipos de mantas que se diferencian entre ellas por su espesor y ancho. Los espesores disponibles son de 5,8 y 13 mm con un ancho de 1 m para la primera y de 1.1 m para la segunda y tercera respectivamente (Tabla 1). Además de esto, se presentan en formato de rollizos. La cantidad por rollo dependerá del espesor requerido en la manta.

Tabla 1: Formatos de Mantas disponibles. Fuente: Guía de usuario Concrete Canvas.

Los rollos pesan 1.500 kg aproximadamente y son suministrados mediante un tubo de cartón inferior para facilitar su izaje mediante grúas y el equipamiento adecuado (Figura 4).

Tipo de manta

Espesor (mm)

Ancho (m)

Área rollo (m

2)

Peso seco (kg/m

2)

CC5 5 1.0 200 8.0

CC8 8 1.1 125 12.0

CC13 13 1.1 80 19.0

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Todos los rollos pesan lo mismo independiente del espesor, ya que lo que varía es la cantidad de manta que viene en el rollo.

Figura 4: Izaje de rollo de manta de hormigón.

Fuente: Guía de usuario Concrete Canvas.

Cabe destacar, que el formato de rollo de mayor ancho presenta la ventaja adicional de reducir el número de juntas, por lo que logra una capa más homogénea. 4.2. ALMACENAMIENTO Los rollos de mantas de hormigón se deben almacenar en un ambiente sin presencia de humedad ni radiación solar. Una vez abierto se debe conservar en seco y gradualmente irá perdiendo flexibilidad si permanece expuesta al aire ambiente.

4.3 CORTES EN LA MANTA DE HORMIGÓN Se realizan dos tipos de corte, el corte antes del fraguado y después del fraguado. El primero puede ser cortado simplemente con corta cartón antes de que la manta sea hidratada, dejando un margen de error de 20 mm por posibles cambios de dimensiones una vez fraguado. El segundo se puede cortar con discos de corte convencionales independientemente del espesor de la manta. 4.4. COLOCACIÓN DE LA MANTA DE HORMIGÓN Al colocar la manta, lo primero es asegurar que el talud sea estable y presente una superficie pareja. A continuación, se extiende una lámina del largo del talud a cubrir (Figura 5), anclándola en el extremo superior mediante estacas, se continúan agregando las láminas necesarias para cubrir la totalidad de la superficie acomodándolas una al lado de la otra, con un traslape de 10 cm para unirlos con tornillos de rosca ancha (Figura 6). Es de vital importancia realizar un correcto traslape con el fin de evitar filtraciones hacia la manta, lo que eliminaría su impermeabilidad. Para conseguir un mejor anclaje en la parte

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superior se construye una canaleta simple de 40x40 cm, la cual se cubre con la misma manta; es de esa canaleta en donde se aseguran las láminas. Además, en toda la superficie se colocan estacas a 1 m de profundidad, separados cada 2 o 2,5 m entre sí. Una vez asegurada, se hidrata de manera adecuada hasta su saturación para finalmente esperar que fragüe dentro de las 24 horas aproximadamente, dependiendo del clima del lugar.

Figura 5: Colocación de manta en talud.

Fuente: Guía de usuario Concrete Canvas.

Figura 6: Detalle anclaje y unión manta.

Fuente: Polytrade S.A.

4.5. TIPOS DE UNIONES Su propósito es brindar resistencia mecánica e impermeabilidad entre las uniones. A continuación se desarrollarán las más utilizadas en Chile.

a. Alambre: Se usa un alambre de atar afilado en la punta para facilitar su penetración, cosiendo dos mantas adyacentes.

b. Tornillos: Estos son idóneos donde se requiera una buena unión mecánica. Los tornillos son recomendables para unir la manta entre ellas o a superficies de madera o acero. Adicionalmente, los tornillos de rosca ancha son excelentes para asegurar solapes.

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c. Estacas: Se utilizan en aquellas aplicaciones en donde se necesite la protección del terreno. Las estacas se colocan, preferentemente, en las uniones entre mantas, hincadas al terreno con 1 m de profundidad cada 2 m para la mayoría de las situaciones. Las estacas deberán ser afiladas en su extremo para que logren penetrar la manta.

d. Adhesivo: Se recomienda tener adhesivos adecuados que permitan unir tanto la cara trasera de PVC como la cara textil. Se aplica un cordón continuo de pegamento de 6 mm a lo largo de la unión, con un traslape de 10 cm mínimo. El pegamento habrá curado por completo en 24 horas. Esta unión trabajará tanto en seco como en mojado, por lo que no presenta problemas en utilizarla antes o después de la hidratación.

4.6. HIDRATACIÓN La manta de hormigón se puede hidratar con agua dulce o salada, por lo que puede ser colocada geográficamente en cualquier parte, tanto en la zona centro del país como en la costa, y la óptima relación agua/manta es de 1:2 en peso. No se debe utilizar agua a presión directamente sobre la manta de hormigón, pues provoca surcos por lavado del mortero. Para lograr una correcta hidratación se debe rociar la superficie textil en múltiples ocasiones hasta que se sature. Este proceso se logra apreciar en primera instancia cuando se oscurece la manta, luego se irá aclarando a medida que absorba el agua, para que finalmente, cuando se forman charcos o el agua escurra, se habrá logrado la saturación necesaria (Figura 7).

Figura 7: Secuencia de hidratación de la manta.

Fuente: Guía de usuario Concrete Canvas.

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La manta deberá ser rehidratada al menos una vez entre 1 y 2 horas de la primera hidratación para evitar una repentina retracción. Si no se logra una correcta saturación, el fraguado se retrasa y la resistencia se verá afectada.

Cabe destacar que en climas calurosos o áridos, la manta debe ser rehidratada en múltiples ocasiones para contrarrestar la evaporación; al igual que cuando es instalada en posición vertical o en taludes, por efecto de la escorrentía. También se deben tener ciertas consideraciones al hidratar la manta en climas fríos, tales como:

- Si la temperatura a nivel de terreno comprende entre 0-5°C, la manta debe ser

cubierta por láminas plásticas inmediatamente después de la hidratación, pues presenta retardo en el fraguado.

- Si durante las 8 horas siguientes a la hidratación, la temperatura ambiente está por debajo de los 0°C, se recomienda usar un acelerador del fraguado, rociar con agua tibia de aproximadamente 15°C y cubrir con láminas plásticas.

- No se recomienda instalar la manta de hormigón sobre terreno congelado, o si dentro de las 24 horas después de la hidratación se espera que la temperatura ambiente esté por debajo de los -4°C, ya que se crean huecos entre el terreno y la manta, impidiendo su trabajo en conjunto.

4.7. MANTENIMIENTO La manta de hormigón no necesita mantenimiento después de su instalación, dado que presenta una vida útil de aproximadamente 50 años y gracias a las fibras internas, evita que se agriete o rompa y ante cualquier fisura, esta quedará contenida por la fibra y evitará que se expanda. Pero si eventualmente se requiere el cambio de una lámina, sencillamente se reemplaza con otra sin mayor daño.

5. EJEMPLOS EN CHILE Y EL MUNDO 5.1. EJEMPLOS EN CHILE 5.1.1. ESTABILIZACIÓN TALUD EDIFICIO MARÍA AUXILIADORA, SAN MIGUEL, SANTIAGO En una edificación ubicada en la comuna de San Miguel, se tenía problemas en un talud con una gran inclinación. Este sufría inestabilidad debido a que existían deslizamientos de tierra a cada instante y por lo mismo, no era posible estabilizarlo con el sistema de shotcrete. La solución propuesta fue la aplicación de la manta de hormigón para que actuara como un muro de contención. Lo primero que se realizó fue el mejoramiento del suelo mediante el uso de pilotes, esto para hacerlo estable. Posteriormente se procede con el anclaje de la manta a los pilotes para poder contener los deslizamientos de tierra. Además de esto, se unieron las mantas entre sí.

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Figura 8: Instalación de la manta de hormigón

Fuente: Polytrade S.A.

Una vez anclada la manta se procedió con su hidratación mediante el rocío de agua. Ya fraguada, se observó que ésta pudo cumplir la función de contención, haciendo de éste talud, un talud estable.

Figura 9: Manta de hormigón estabilizando el talud

Fuente: Polytrade S.A.

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5.2. EJEMPLOS EN EL MUNDO 5.2.1. PROTECCIÓN DE TALUDES AUTOPISTA MADRID-VALENCIA, VILLAREJO DE SALVANÉS, ESPAÑA. Un talud aledaño a una autopista que une las ciudades de Madrid con Valencia, en la ciudad de Villarejo de Salvanés, España, sufrió el aumento de su escorrentía debido a la extracción de la maleza en éste. Todo esto para aprovechar una plantación de olivar presente en la parcela superior del talud. Adicionalmente no se contaba con un sistema efectivo de cunetas para la extracción de las aguas lluvias, generando durante la temporada de lluvias una erosión del talud. Esta erosión tapó los drenajes existentes en la autopista llegando a provocar cortes de tránsito en ella. La solución propuesta por las autoridades fue la protección del talud mediante la manta de hormigón. Adicionalmente a la colocación de la manta, se agregó una cuneta de guarda y al pie del talud para la extracción de las aguas lluvias.

Figura 10: Colocación de la manta en el talud aledaño al olivo

Fuente: Protección de taludes Concrete Canvas.

La empresa a cargo de la mantención de la autopista realizó el montaje de las mantas de hormigón en el talud y su respectiva instalación con camiones pluma. Se instalaron 500 en el talud en dos jornadas de trabajo. De este modo, se solucionó la problemática de la erosión en el talud en un corto plazo y sin causar cortes en el flujo vehicular.

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Figura 11: Cuneta de guarda en el talud

Fuente: Protección de taludes Concrete Canvas.

Figura 12: Cuneta al pie del talud

Fuente: Protección de taludes Concrete Canvas.

5.2.2 PROTECCIÓN DE TALUDES EN ESTACIÓN FERROVIARIA DE ALCOBENDAS, MADRID, ESPAÑA. En los taludes presentes en la trinchera de la línea ferroviaria en la estación de Alcobendas, Madrid, España, existían problemas de inestabilidad y erosión hace bastantes años. Adicionalmente se generaban deslizamientos de tierra, lo que provocaba que las bombas de extracción de agua a la entrada del túnel se taparan.

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La solución tradicionalmente utilizada por la ADIF2 era el uso del shotcrete. El problema de este sistema es que requiere de una mayor cantidad de recursos, debido a que posee un mayor tiempo de ejecución y una mayor cantidad de personal requerido. Entonces como solución alternativa, la ADIF decidió realizar una prueba con la manta de Hormigón en los taludes de desmonte en la boca del túnel, el cual requería solamente de 8 días de tiempo de ejecución y la mitad del personal necesario con el shotcrete. Finalmente se obtuvieron resultados satisfactorios en estos taludes, ya que se logró evitar la erosión y la inestabilidad presentes por tantos años.

Figura 13: Proceso de instalación de la manta de hormigón

Fuente: Estabilización de taludes FFCC Concrete Canvas.

6. CONCLUSIÓN En la ingeniería, el hormigón es un material muy utilizado, el cual obtiene un nuevo uso gracias a la manta de hormigón. A pesar de ser más costoso a otros métodos de protección utilizados en taludes, del orden de $30.000 a $60.000 el metro cuadrado, se obtiene un significativo ahorro en lo que respecta a la instalación por la poca cantidad de mano de obra y maquinaria. Además que una vez instalado, requiere de casi nula mantención y tiene una gran vida útil.

2 ADIF, Administración de Infraestructura Ferroviaria

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Ahora bien, cabe preguntarse ¿por qué utilizar la manta de hormigón como sistema de protección por sobre otros más tradicionales, como lo es el shotcrete o la protección vegetal?

La utilización del shotcrete es una solución comúnmente aplicada para evitar la erosión en un talud. Este sistema consiste en proyectar el hormigón con una manguera por empuje de aire a alta presión sobre la superficie del talud. Pero por lo general, no se logra una aplicación uniforme del hormigón y frecuentemente sufre fisuras, por lo que el costo de mantenimiento es elevado. Del mismo modo, requiere de una mayor cantidad de personal y tiempo de ejecución. Por su parte, la protección vegetal es un sistema que depende demasiado de los agentes climáticos y funciona en taludes no muy elevados, con pendientes de hasta 50°; por sobre todo, necesita un tiempo considerable para que las plantas utilizadas crezcan y cumplan su función de evitar la erosión, además de necesitar riego y mantenimiento permanente. En comparación a estas alternativas, la manta de hormigón, como se mencionó anteriormente, se encuentra armada en fibra, por tanto no sufrirá el desprendimiento de algún pedazo de hormigón ya que tendrá fisuras contenidas, a diferencia del shotcrete, el cual al sufrir una fisura, ésta se expande rápidamente y los desprendimientos de hormigón se hacen algo común. A su vez tampoco necesita del constante mantenimiento que requiere la protección vegetal. Por último, una de las principales razones por la que la manta de hormigón no es masivamente utilizada, es más debido a un tema de desconocimiento de esta tecnología, y no por un tema funcionalidad o costo, ya que es mucho más resistente y práctica que otros sistemas de protección conocidos, pues a pesar de ser más caro, se ahorra en tiempo de instalación, mano de obra y mantenimiento.

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REFERENCIAS BELMAR, Camila. "Trabajo de investigación manta de hormigón". [En línea]. 19 de Mayo 2014; 14:42 p.m. Mensaje electrónico enviado a empresa POLYTRADE S.A. CONCRETE CANVAS. Ejemplo protección de taludes. [En línea]. España. [Fecha de consulta: 27 de Abril 2014]. Disponible en World Wide Web: http://www.teladehormigon.es/ Documentacion/ESTABILIZACION_TALUDES_FFCC_LO.pdf CONCRETE CANVAS. Guía de usuario. [En línea]. España. [Fecha de consulta: 19 de Abril 2014]. Disponible en World Wide Web: http://www.teladehormigon.es/ Documentacion/GUIA_USUARIO_LO.pdf CONCRETE CANVAS. Protección de taludes. [En línea]. España. [Fecha de consulta: 27 de Abril 2014]. Disponible en World Wide Web: http://www.teladehormigon.es/ Documentacion/villarejo%20copylo.pdf EDICIONES ESPECIALES ONLINE. Manta de hormigón, un producto único en el mundo. El Mercurio: Santiago de Chile, 21 de Junio 2012. GEO PROYECTOS Y DISEÑOS AMBIENTALES [En línea]. México. [Fecha de consulta: 19 de Abril 2014]. Disponible en World Wide Web: http://www.geosistemas.net/ control_erosion_taludes.html INCOTRADE [En línea]. Chile. [Fecha de consulta: 27 de Abril 2014]. Disponible en World

Wide Web: http://www.incotrade.cl/sitio/?page_id=88 NUÑEZ, Antonio y JIMENEZ, María Teresa. Nuevas posibilidades en construcción, estabilización de taludes: sostenimiento y contención de terreno. Obras urbanas. 1-11. Agosto 2011. PACIFICTEK. [En línea]. Chile. [Fecha de consulta: 19 de Abril 2014]. Disponible en World

Wide Web: http://www.pacifictek.cl/manta_hormigon.html PAREDES, Nicole. Propiedades y características manta de hormigón. POLYTRADE S.A. Santiago, Chile. Entrevista, 2014. SRINIVAS y RAVINDER. Concrete Cloth - Its Uses and Application in Civil Engineering [En línea]. Mayo 2012. [Fecha de consulta: 10 de Mayo 2014]. Disponible en World Wide Web: http://www.nbmcw.com/articles/concrete/28977-concrete-cloth-its-uses-and-application-in-civil-engineering.html