materiales de sistemas de forro y cobertura - … · que los sistemas de cobertura y de zanja de...

SISTEMAS DE FORRO Y COBERTURA

EN PROYECTOS DE CIERRE DE MINAS

Ing. Pedro C. Repetto

URS Corporation, Denver

Junio 2006

SISTEMES DE FORRO Y COBERTURA 1

SISTEMAS DE FORRO Y COBERTURA EN PROYECTOS DE CIERRE DE

MINAS

Introducción

Las estructuras geo-ambientales usadas para controlar la propagación de contaminantes son

llamadas sistemas de contención. Los sistemas de contención usados más comúnmente son

sistemas de forro, sistemas de cobertura y pantallas de zanja de lodo (slurry walls). El uso

de sistemas de forro se limita generalmente a proyectos nuevos o a expansiones, mientras

que los sistemas de cobertura y de zanja de lodo se usan en muchos tipos de proyectos. Si

bien todos estos sistemas son importantes para controlar descargas al ambiente, sólo se

discutirán en este trabajo los sistemas de forro y de cobertura.

El objetivo principal de los sistemas de contención es controlar los impactos a la salud

humana y/o al ambiente, así como reducir la pérdida de solución rica en pads de

lixiviación. Las descargas que impactan el ambiente pueden ocurrir a través de las

filtraciones o escorrentía de líquidos que han estado en contacto con desechos o mineral, o

a través de emisiones de polvo. Estas descargas pueden, a su vez, impactar distintos

medios. Pueden contaminar los suelos y los sedimentos acumulados dentro de cuerpos de

agua, o transportar líquidos o contaminantes disueltos a través de aguas subterráneas o

cuerpos de agua superficial.

Este trabajo presenta una descripción breve de las principales categorías de proyectos

ambientales mencionados líneas arriba; una discusión más detallada de estos proyectos ha

sido publicada por Repetto (1995). Luego se presenta una discusión más detallada de los

sistemas de forro y de cobertura utilizados en proyectos ambientales y mineros, incluyendo

los materiales usados para su construcción y algunos aspectos relacionados con su

construcción.

Proyectos de Eliminación de Desechos

Como se indicó previamente, la eliminación de desechos abarca aquellos proyectos

diseñados y construidos para almacenar desechos, tales como los botaderos de roca, las

pilas y pads de lixiviación y los depósitos de relaves. Los rellenos de desechos pueden ser


clasificados de acuerdo con varios criterios. Los criterios usados más comúnmente son el

tipo de desecho, el sistema de forro y la configuración geométrica del relleno.

Con respecto al sistema de forro, éstos pueden tener solamente un forro primario o pueden

incluir forros primario y secundario. Aquellos con solamente un forro (primario) se llaman

sistemas de forro simple, y aquellos con un forro primario y uno secundario, con un

sistema intermedio de detección de lixiviado, se llaman sistemas de forro doble. Cada uno

de los forros (primario o secundario) puede consistir de sólo una capa [suelo de baja

permeabilidad, geomembrana o forro de arcilla geosintética (GCL) por sus siglas en Inglés

“geosynthetic clay liner”] o de capas adyacentes de dos de estos materiales, en cuyo caso

se le denomina forro compuesto. Más adelante se presenta una discusión detallada de los

sistemas de forro.

Proyectos de Cumplimiento Ambiental

La segunda categoría abarca un amplio rango de proyectos, en los cuales la meta es que

una instalación existente cumpla con las regulaciones actuales, incluyendo salud y

seguridad, y/o para controlar las descargas al ambiente causadas por actividades actuales

en el sitio. El tipo de instalación involucrada puede ser de cualquier tipo: relleno de

desechos, depósitos de relaves, pilas de lixiviación, pozas para almacenamiento de líquidos

y lodos, o cualquier instalación industrial.

Las acciones para controlar descargas de instalaciones activas son múltiples y pueden ser

clasificadas en tres grupos principales:

• Modificaciones a las operaciones o procesos en la misma instalación, con el objetivo de

eliminar o reducir la descarga de contaminantes;

• Tratamiento de descargas, de manera que los contaminantes sean retirados antes de

ocurrir la descarga; y

• Contención de los contaminantes (como se discutió previamente, los sistemas

principales de contención son sistemas de forro, sistemas de cobertura y pantallas de

zanjas de lodo).


Los primeros dos grupos de acciones indicadas están fuera del alcance de este trabajo. Los

sistemas de forro y de cobertura se describen más adelante.

Proyectos de Remediación Ambiental

Esta categoría abarca proyectos en los cuales la meta es controlar descargas al ambiente

provenientes de desechos o contaminantes acumulados en un sitio y/o remediar terrenos

cuyas funciones ambientales han sido impactadas por actividades pasadas. Esta categoría

de proyectos frecuentemente se lleva a cabo en sitios donde han cesado las actividades.

Como en el caso de proyectos de cumplimiento ambiental, las actividades realizadas en el

sitio pueden ser de cualquier tipo.

Las acciones usadas para controlar descargas de instalaciones cerradas pueden ser

clasificadas en cuatro grupos principales:

• Remoción de los desechos o materiales contaminados, y su eliminación en un relleno

de desechos debidamente diseñado;

• Tratamiento o fijación de los contaminantes en el sitio, de manera que los desechos y

sus descargas ya no impacten el ambiente;

• Intercepción y tratamiento de las descargas contaminadas; y

• Encapsulamiento de los desechos o materiales contaminados con sistemas de

contención, para prevenir descargas.

De estos cuatro grupos, solamente el uso de sistemas de contención se considera dentro del

alcance de este trabajo y es discutido más adelante.


Tipos de Materiales Geosintéticos

Geotextiles: Los geotextiles (GT) son similares a los textiles tradicionales, pero son

siempre fabricados con fibras sintéticas. Estas fibras sintéticas se usan para fabricar

mantas porosas y flexibles, ya sea con equipo para tejido (woven) o hilados por otos

medios (non-woven). Los usos de los geotextiles se clasifican en las cinco funciones

siguientes:

• Separación

• Refuerzo de tracción

• Filtrado

• Drenaje

• Contenimiento (si son impregnados)

Geomembranas: Las geomembranas (GM) son láminas de muy baja permeabilidad de

polímeros, utilizadas en sistemas de forro de fondo y de cobertura. Su función es

exclusivamente contenimiento de líquidos o vapor.

Geodrenes: Los geodrenes (abreviados GN por su nombre en Inglés "geonet") son

generalmente fabricados por la extrusión continua de tendones paralelos de polímero,

formando mallas con ángulos agudos entre sí y aberturas grandes. Su función es

exclusivamente drenaje (transporte de líquido en su plano).

Geomallas: Las geomallas (abreviadas GG por su nombre en Inglés "geogrid") son

plásticos formados en mallas con aberturas grandes, formadas por tendones

perpendiculares entre sí. Las geomallas se fabrican estirándolas en una o en las dos

direcciones, para mejorar sus propiedasdes mecánicas, dando lugar a las geomallas

uniaxiales o biaxiales. Su función es exclusivamente refuerzo de tracción.

Geocompuestos: Los geocompuestos (GC) consisten de combinaciones de más de un

material geosintético, unidos entre sí. El más común es el geocompuesto de drenaje,

formado por un geodrén con geotextil soldado de fábrica a uno o a ambos lados.

Forros Sintéticos de Arcilla: Los forros geosintéticos de arcilla (GCL por sus siglas en

Inglés "geosynthetic clay liner") consisten de una lámina delgada de arcilla bentonítica de


muy baja permeabilidad colocada entre dos geotextiles o adherida a una geomenbrana. Su

integridad física se consige por medio de puntadas, costura o adhesivo. Su función

exclusiva es contenimiento, ya sea sola o debajo de una geomembrana formando un forro

compuesto.

Control de Erosión y Soporte de Vegetación: Existen numerosos materiales dentro de la

familia de los geosintéticos que sirven para controlar la erosión de la superficie de taludes

y para apoyar el desarrollo de la vegetación. En general, estos materiales se pueden

clasificar como temporales o permanentes. Los temporales son aquellos cuya función se

requiere sólo hasta que la vegetación quede establecida.

Geotuberías: Las geotuberías (abreviadas GP por su nombre en Inglés "geopipe") son

tuberías plásticas enterradas. Si bien el uso de tuberías plásticas es muy antiguo, sus

aplicaciones se han incrementado, ya que en proyectos ambientales y mineros los nuevos

polímeros permiten su uso para transportar lixiviados.

Sistemas de Forro Los sistemas de forro son elementos de contención construidos antes de la colocación de

los desechos o del mineral, para prevenir la pérdida de solución rica o para contener

líquidos contaminados y prevenir su migración al subsuelo o a las aguas subterráneas. Los

sistemas de forro consisten de capas múltiples con funciones específicas. Los sistemas de

forro pueden consistir, de arriba hacia abajo, de las siguientes capas funcionales:

• Capa de protección. Esta capa de suelo, u otro material adecuado, separa los desechos

del resto del forro para prevenir daños al sistema de forro causados por objetos grandes

o contudentes

• Capa de recolección de lixiviado. Esta es una capa de alta permeabilidad, cuya función

es recolectar el lixiviado y conducirlo a un sumidero, de donde es extraído.

Frecuentemente, las funciones de las capas de protección y de recolección de lixiviado

son integradas en una sola capa de suelo granular grueso (grava o piedra chancada). En

pads de lixiviación esta capa es generalmente llamada overliner.


• Forro primario. Esta es una capa de baja permeabilidad (o capas de dos materiales

diferentes de baja permeabilidad en contacto directo entre sí). Su función es controlar

el movimiento del lixiviado hacia el subsuelo.

• Capa secundaria de recolección de lixiviado (o capa de detección de fugas). Esta es

una capa de alta permeabilidad (o transmisividad, si es geosintético) diseñada para

detectar filtraciones del lixiviado a través del forro primario y recolectarlas. Esta capa

se usa conjuntamente con un forro secundario.

• Forro secundario. Esta es una capa secundaria (o de doble seguridad) de baja

permeabilidad (o capas de dos materiales diferentes de baja permeabilidad en contacto

directo entre sí). No todos los sistemas de forro incluyen un forro secundario.

• Capa de anticontaminante. En los casos en que el sistema de forro está cerca de o bajo

la napa freática, se coloca generalmente una capa de drenaje de alta permeabilidad (o

alta transmisividad, si es geosintético) debajo del sistema de forro, para controlar el

ingreso de agua al sistema de forro.

Estas capas son separadas generalmente por geotextiles que sirven como filtro para

prevenir la migración de partículas entre las capas o como amortiguamiento para proteger

las geomembranas de suelos adyacentes.

Existen múltiples combinaciones de los nombres asignados a los sistemas de forros. A

continuación se presentan algunos ejemplos (existen más combinaciones):

• Forro simple sintético: sólo forro primario, el cual consiste de una geomembrana.

• Forro simple de suelo: sólo forro primario, el cual consiste de una capa de suelo de baja

permeabilidad.

• Forro simple compuesto: solamente forro primario, consistente de una geomembrana

en contacto directo con una capa de suelo de baja permeabilidad o un GCL.

• Forro doble sintético: forros primario y secundario, cada uno de los cuales consiste de

una geomembrana, separadas por una capa de detección de lixiviado.

• Forro doble compuesto: forros primario y secundario, cada uno de los cuales consiste

de una geomembrana en contacto directo con una capa de suelo de baja permeabilidad

o un GCL, separados por una capa secundaria de detección de lixiviado (ver Figura 1).


Sistemas de Cobertura Son sistemas de contención construidos encima de los desechos. Su función es controlar la

infiltración de precipitación a los desechos o al mineral, y promover la escorrentía con una

topografía adecuada de la superficie final. Otras funciones de los sistemas de cobertura

pueden ser prevenir el contacto de la escorrentía con los desechos, prevenir el

desplazamiento de desechos a las áreas contiguas, reducir la posibilidad de vectores de

enfermedades (aves, insectos, roedores, etc.), evitar la erosión eólica, controlar los malos

olores y controlar la emisión de gases.

Los sistemas de cobertura también consisten de capas múltiples con funciones específicas

relacionadas con el manejo de las aguas de lluvia (ver Figura 2). De la precipitación que

cae sobre la cobertura, una parte se elimina como escorrentía superficial, una parte se

infiltra y es retenida en los suelos de cobertura, otra parte se infiltra a los desechos a través

de la cobertura y el resto se elimina por evapotranspiración. En general, los sistemas de

cobertura se pueden clasificar como permeables o de baja permeabilidad, dependiendo de

si su sección transversal incluye una capa de baja permeabilidad (también llamada de

barrera). El uso de un tipo u otro depende de los contaminantes existentes en los desechos

y los impactos al ambiente ocasionados por la infiltración.

Un sistema de cobertura de baja permeabilidad puede incluir, de arriba hacia abajo, las

siguientes capas funcionales:

• Capa de erosión (vegetal). Esta es una capa de suelo capaz de apoyar el crecimiento de

vegetación y con buena resistencia a la erosión debida a la escorrentía superficial.

• Capa de infiltración. Las funciones de esta capa, también llamada frecuentemente

suelo de cobertura, son reducir la filtración, separar la precipitación que no se evapora

en escorrentía y filtración, y proteger la capa de barrera inferior de la penetración de las

heladas, raíces, etc.

• Capa de drenaje. Esta es una capa permeable cuya función es evacuar el agua que se

infiltra a través del sistema de cobertura. Una cobertura de baja permeabilidad sin la

capa de drenaje es susceptible a ser dañada por afloramientos del agua infiltrada.


• Capa de barrera. Esta es una capa de baja permeabilidad (o capas de dos materiales

diferentes de baja permeabilidad en contacto directo entre sí), cuya función es reducir

la filtración a los desechos.

Los sistemas de cobertura permeable consisten sólo de las dos capas superiores indicadas

lineas arriba. Las coberturas permeables reducen la infiltración pero no a valores mínimos.

La reducción de la infiltración se debe a que promueven la escorrentía y la evapo-

transpiración.

Las capas de erosión e infiltración son normalmente construidas de suelos, ya que deben

tener espesor adecuado para soportar la vegetación, retener la humedad y proporcionar

protección a las capas subyaceientes. La capa de drenaje puede ser construida usando un

suelo permeable, un geodrén o un geocompuesto. La capa de barrera puede ser construida

usando un suelo de baja permeabilidad, una geomembrana, un GCL o capas adyacentes de

dos de estos materiales, en cuyo caso se le llama capa de barrera compuesta. Algunas de

estas capas son separadas por geotextiles para evitar la migración de partículas de suelo

entre las capas (filtro) o para proteger las geomembranas contra daño.

La escorrentía puede erosionar la superficie de la cobertura y debe ser controlada usando

un sistema de manejo del agua de lluvia. El agua infiltrada corre principalmente a través

de la capa de drenaje, la cual debe tener una capacidad hidráulica adecuada para conducir

el flujo esperado sin que se sature y genere presión hidráulica.

Clasificación de Capas por su Función

Los materiales usados para la construcción de los sistemas de forro y cobertura pueden ser

clasificados de acuerdo a su origen y función. Con respecto a su origen, se clasifican como

de suelos naturales y de materiales geosintéticos. La clasificación es más compleja de

acuerdo a su función e incluye:

• Capas de barrera. Estas son capas de suelos naturales de baja permeabilidad (arcilla,

mezclas de suelo-bentonita) o materiales geosintéticos (geomembranas, GCLs).


• Capas de drenaje. Estas son capas de alta permeabilidad (si es suelo) o de alta

transmisividad (si es geosintético). En el primer caso consisten de suelos granulares y

en el último de geodrenes o geocompuestos.

• Capas de filtración/amortiguamiento. Los forros y coberturas consisten de capas

funcionales de suelos de diferentes gradaciones o de materiales geosintéticos. En el

caso de suelos naturales se requiere de filtros que impidan la migración de particulas de

una capa a otra. La membranas requieren de protección especial para prevenir daños

durante su instalación y operación. La filtración y amortiguamineto son

proporcionados generalmente por geotextiles colocados entre las capas funcionales.

• Relleno. Los usos de relleno incluyen aplicaciones tales como nivelación y bermas.

Esta categoría obviamente se limita a suelos naturales.

• Capa vegetal. La capa vegetal constituye la capa superior de la cobertura, la cual

proporciona protección contra la erosión en taludes permanentes o temporales. Esta

categoría también se limita a suelos naturales o mezclas de suelos naturales y

materiales de desecho reciclados (biomantas).

• Refuerzo de tracción. En los casos en que se pueden esperar fuerzas de tracción y

deformaciones importantes de los forros o coberturas, se usan geomallas o geotextiles

del tipo tejido como refuerzo de tracción para prevenir tracción excesiva en los otros

elementos geosintéticos del forro o de la cobertura. Asimismo, el deslizamiento es un

modo de falla posible de coberturas colocadas sobre taludes. En ese caso se puede

instalar geomallas embebidas en la capa susceptible a deslizarse y ancladas más allá de

la cresta del talud, para proporcionar una fuerza estabilizadora de tracción.

Se pueden encontrar discusiones detalladas de las capas que forman los sistemas de forro y

cobertura en diversas publicaciones (Mitchell et at. 1990a, Mitchell et al. 1990b, Koerner y

Daniel 1992, Mitchell y Mitchell 1992, Seed y Bonaparte 1992, Repetto 1995).

Suelos Naturales Utilizados en Sistemas de Forro y Cobertura

Capas de Barrera Las capas de barrera construidas con suelos naturales pueden consistir de arcilla o de una

mezcla de suelo-bentonita. En el caso de mezclas, el contenido de bentonita requerido se

elige en base a pruebas de compactación y de permeabilidad de laboratorio realizadas con


diferentes porcentajes de bentonita. A estas capas se les denomina CCL (por sus siglas en

Inglés “compacted clay liner”).

El requerimiento típico para capas de barrera es un coeficiente de permeabilidad no mayor

que 1 x 10-7 cm/seg. Sin embargo, ya que la mayoría de las regulaciones ambientales no

especifican las condiciones bajo las que debe determinarse este valor, las especificaciones

del proyecto deben establecer esas condiciones. Los factores más importantes que influyen

en la permeabilidad de un suelo o de una mezcla de suelo-bentonita compactado son:

• Densidad seca de compactación. Con todos los demás factores constantes, cuanto

mayor sea la densidad seca de compactación de un suelo, menor es su permeabilidad.

Sin embargo, a la misma densidad seca de compactación, la permeabilidad también

varía en función del contenido de humedad y del procedimiento de compactación. La

densidad seca de compactación es generalmente especificada como un porcentaje de la

densidad seca máxima del ensayo Proctor estándar o modificado.

• Contenido de humedad de compactación. Con todos los demás factores constantes, la

permeabilidad de un suelo compactado disminuye con el aumento del contenido de

humedad de compactación. Debe notarse, sin embargo, que cuando el contenido de

humedad se acerca a la saturación, se vuelve más difícil compactar el suelo (ocurre

amasado), y otras propiedades del suelo compactado, tales como la compresibilidad o

la resistencia al corte, pueden volverse críticas.

• Procedimiento de compactación. Se ha observado que especímenes compactados a

densidades secas y contenidos de humedad idénticos pueden tener permeabilidades

diferentes si son compactados usando procedimientos diferentes. Por lo tanto, si los

resultados de laboratorio son cercanos a la permeabilidad requerida, el procedimiento

de compactación usado para la preparación de los especímenes de laboratorio debe ser

representativo de los procedimientos de compactación de campo.

• Presión de consolidación. En aplicaciones mineras y ambientales, las capas de barrera

pueden estar sujetas a cargas permanentes elevadas cuando estén en servicio, como es

el caso en los sistemas de forro de pads de lixiviación y de rellenos de desechos. En

estos casos hay un aumento en la densidad y una reducción en la permeabilidad debido

a la consolidación bajo las cargas de servicio. Por otro lado, las cargas permanentes

son mínimas en los sistemas de cobertura y no se debe esperar un aumento de la


densidad con el tiempo. Por lo tanto, las pruebas de permeabilidad deben ser realizadas

usando una presión de consolidación consistente con las cargas esperadas.

En obras importantes, la combinación de densidades secas compactadas y contenidos de

humedad que producen una permeabilidad no mayor que un valor específico puede ser

determinada experimentalmente por medio de una ventana de permeabilidad. La ventana

de permeabilidad se obtiene efectuando pruebas de permeabilidad en una serie de

especímenes compactados a densidades secas y contenidos de humedad diferentes,

cubriendo los rangos de interés de estos parámetros. Los especímenes deben ser

preparados usando un procedimiento de compactación consistente con el procedimiento de

campo (generalmente compactación Proctor) y las pruebas deben ser realizadas a una

presión de consolidación similar a la carga de servicio.

A continuación se describe una manera práctica de determinar una ventana de

permeabilidad:

• Una muestra grande del suelo, suficiente para realizar tres ensayos Proctor y para

preparar nueve especímenes de permeabilidad, debe ser homogeneizada

cuidadosamente, para evitar variaciones debidas a los especímenes individuales.

• Se determina el peso específico de los sólidos del suelo y se dibuja la línea de

saturación en un gráfico densidad seca-humedad (ver Figura 3).

• Se realizan tres ensayos Proctor: modificado, estándar y “reducido”, y se grafican en el

diagrama densidad seca-humedad (Figura 3). El ensayo Proctor "reducido" es una

prueba realizada con el martillo Proctor estándar, pero usando un número menor de

golpes por capa. Asumiendo que se usa un molde de 4 pulgadas de diámetro, el ensayo

Proctor reducido puede realizarse con 10 ó 15 golpes por capa.

• Para cada uno de los ensayos Proctor se determinan la máxima densidad seca y el

óptimo contenido de humedad, y se dibuja una línea de óptimos conectando las tres

curvas (Figura 3).

• Para cada una de las curvas Proctor, se seleccionan tres contenidos de humedad

correspondientes a puntos en la curva Proctor. Los contenidos de humedad típicamente

se eligen entre el contenido de humedad óptimo y aproximadamente 95 por ciento de

saturación (puntos A, B y C en la Figura 3).


• Se preparan los especímenes para los ensayos de permeabilidad con cada uno de los

tres contenidos de humedad elegidos previamente y se les compacta con la misma

energía y procedimiento de la curva Proctor usada para elegir el contenido de humedad.

• Se sigue el mismo procedimiento para las otras dos curvas Proctor, obteniendo un total

de nueve especímenes para los ensayos permeabilidad.

• Se efectúan ensayos de permeabilidad de pared flexible (ASTM D-5084) con los nueve

especímenes, usando una presión de consolidación consistente con las cargas de

servicio esperadas. La presión de consolidación se elige típicamente igual a K0 por la

presión vertical esperada.

• Se anotan los resultados de los ensayos de permeabilidad en el diagrama densidad seca-

humedad y se trazan líneas de isopermeabilidad interpoladas entre los nueve puntos de

los ensayos (Figura 4). Si es necesario, se pueden elegir puntos para ensayos

adicionales, para mejorar la exactitud o para verificar resultados anómalos.

• Finalmente, la ventana de permeabilidad se determina como el área comprendida entre

la línea de isopermeabilidad correspondiente a la permeabilidad requerida y la línea de

saturación. Adicionalmente, la ventana de permeabilidad se trunca generalmente con

límites inferior y superior del contenido de humedad. La línea de óptimos es

generalmente seleccionada como el límite inferior del contenido de humedad, ya que

los suelos cohesivos compactados a una humedad menor que la óptima son demasiado

rígidos y pueden rajarse fácilmente. El límite superior del contenido de humedad se

elige en base a la resistencia a la compresión no confinada (o resistencia al corte) y la

compresibilidad, dependiendo de la aplicación específica.

Debe notarse que la elección de los contenidos de humedad sobre las tres curvas Proctor y

la compactación de los especímenes siguiendo el procedimiento Proctor no proporciona

puntos en una cuadrícula. Sin embargo, en opinión del autor, este procedimiento es

preferible porque el procedimiento de compactación es uniforme y se considera

representativo de los procedimientos de campo. Algunos autores prefieren preparar los

especímenes siguiendo una malla rectangular en el gráfico densidad seca-humedad,

compactando los especímenes dentro del molde Proctor usando una gata. En estos casos,

el procedimiento es menos representativo de las condiciones de campo y pueden esperarse

algunas diferencias con respecto a las pruebas realizadas en especímenes preparados

usando el procedimiento Proctor.


La discusión presentada anteriormente se refiere, en general, a ensayos en los que el

permeante es agua limpia. Sin embargo, en aplicaciones mineras y ambientales, el

permeante es lixiviado en el caso de forros. El flujo de lixiviados a través de suelos

cohesivos puede producir cambios en los cationes de la arcilla, lo cual puede a su vez

modificar la permeabilidad del suelo. Para evaluar estos cambios, se realizan pruebas de

compatibilidad de la permeabilidad al lixiviado. Estas son pruebas de permeabilidad de

larga duración, en las cuales se usa inicialmente agua destilada como permeante y luego se

continúa el ensayo con lixiviado de la instalación (o un lixiviado similar) como permeante.

Estas pruebas se continúan hasta que hayan circulado varios volúmenes de poros

(típicamente tres o cuatro) del lixiviado a través del especimen. Durante este período se

registran los cambios en la permeabilidad del suelo. Para suelos de baja permeabilidad,

esta prueba puede durar varios meses.

Capas de Drenaje Las capas de drenaje construidas con suelos naturales consisten de arenas y gravas, y

pueden ser usadas para forros o coberturas. Las capas de drenaje deben ser diseñadas para

tener una capacidad hidráulica adecuada para conducir el flujo de diseño, sin retardar el

flujo o desarrollar presiones importantes. La capacidad hidráulica de una capa de drenaje

es función de su permeabilidad, espesor e inclinación. Frecuentemente se usa la

transmisividad, definida como el producto de la permeabilidad por el espesor, para

caracterizar una capa de drenaje. A continuación se describen las principales

consideraciones con respecto a las capas de drenaje:

• El principal criterio para elegir la gradación de un suelo granular a ser usado para una

capa de drenaje es la permeabilidad requerida. En general, no hay requisitos de

gradación estrictos para capas de drenaje, pero si hay suelos naturales o capas de otros

suelos adyacentes, las gradaciones deben satisfacer el criterio de filtro para prevenir la

migración de partículas (Figura 5). Frecuentemente los requerimientos para filtración

entre capas adyacentes son satisfechos con un geotextil que actúa como filtro. La

gradación de las capas de drenaje se elige principalmente en función de la

disponibilidad (por ejemplo, cantera cercana, agregados disponibles comercialmente).


• Las capas de drenaje de los sistemas de forro deben resistir el ataque del lixiviado, el

cual puede ser ácido. Generalmente se deben evitar los materiales calcáreos.

• Las capas de drenaje se encuentran frecuentemente adyacentes a geomembranas, las

cuales son susceptibles a ser perforadas por los suelos granulares. Se usan geotextiles

no tejidos para proteger las geomembranas de los suelos granulares. Sin embargo, si se

usa grava angular, puede ser que los geotextiles no ofrezcan suficiente protección. Por

lo tanto, la angularidad máxima de las gravas es generalmente limitada a sub-angular.

La protección requerida depende también del polímero del cual está hecha la

geomembrana, ya que los materiales más flexibles (como el LLDPE) resisten mejor la

penetración de suelos granulares.

• El espesor mínimo de la capa de drenaje que puede ser construido es aproximadamente

15 cm. Sin embargo, si la capa de drenaje tiene que ser colocada sobre una

geomembrana, el tráfico del equipo de construcción sobre la capa de drenaje dañaría

seriamente la geomembrana. En estos casos, las consideraciones de colocación

controlan el espesor mínimo de la capa y deben ser evaluadas cuidadosamente. Estas

consideraciones pueden incluir la colocación del material a partir de franjas de mayor

espesor y el uso de equipo de baja presión (5 psi ó 0.35 kg/cm2).

Capas de Filtro En general, siempre que un suelo sujeto a flujo está en contacto con otro suelo con

partículas más grandes en la dirección del flujo, las granulometrías de ambos suelos deben

satisfacer el criterio de filtro, con objeto de prevenir la migración de partículas del suelo

más fino hacia los vacíos del más grueso. Si este criterio no se satisface, se debe colocar

entre estos una capa de filtro, que puede consistir de otro suelo de granulometría

intermedia o de un geotextil. Uno de los criterios usuales para selecionar la granulometría

de un filtro de suelo se presentan en la Figura 5.

Rellenos Los requerimientos para rellenos son, en general, similares a aquellos utilizados para otros

tipos de proyectos de ingeniería. Los siguientes tipos de relleno son frecuentes en

proyectos de pads de lixiviación y ambientales:


• Relleno de nivelación. No hay requerimientos estrictos para rellenos de nivelación en

los cuales no se construyen taludes de relleno. Dependiendo del espesor del relleno y

de las cargas que serán colocadas sobre estos, la compresibilidad puede ser una

consideración importante. Cuando se coloca un relleno de nivelación para formar

taludes, se prefiere usar suelo granular grueso para proporcionar resistencia adecuada y

evitar que se acumula agua que reduce la estabilidad del talud.

• Relleno estructural. Esta categoría comprende el relleno usado para elementos tales

como bermas entre las celdas, bermas perimetrales en rellenos de desechos y bermas de

pozas. Cuando las bermas van a soportar presiones laterales importantes, éstas se

construyen con suelos granulares gruesos. Estas bermas son generalmente forradas,

por lo tanto su permeabilidad no es una consideración crítica.

• Relleno para bermas de contención de agua. Las bermas que cierran estructuras de

retención de agua, tales como las bermas de pozas de sedimentación y de detención,

generalmente no llevan forros de baja permeabilidad. En consecuencia, requieren de

una combinación de baja permeabilidad y resistencia al corte adecuados. Estas dos

condiciones son difíciles de satisfacer simultáneamente, ya que los suelos de

permeabilidad baja son débiles, y viceversa. En estos casos, el tipo de relleno usado

generalmente consiste de un suelo granular con contenido importante de finos, lo cual

proporciona permeabilidad y resistencia intermedias. Alternativamente, se pueden

construir bermas forradas.

Capa Vegetal La capa vegetal (o de erosión) es la capa superior de un sistema de cobertura. La capa

vegetal debe ser adecuada para favorecer el desarrollo de vegetación y debe tener

resistencia adecuada a la erosión. Para favorecer el desarrollo de vegetación, el suelo debe

tener suficientes nutrientes. También se pueden proporcionar nutrientes añadiendo caliza u

otros fertilizantes.

A veces las especificaciones se refieren a la capa de apoyo vegetal como “capa de suelo

orgánico”. Suelo orgánico tiene un significado específico desde un punto de vista agrícola,

y es generalmente más caro y escaso que otros suelos que también pueden servir para

favorecer el desarrollo de vegetación con fertilización adecuada. Por estas razones, se


recomienda usar “capa de suelo orgánico” solo cuando se requiere ese tipo de suelo

específicamente.

Materiales Geosintéticos Utilizados en Sistemas de Forro y Cobertura Se usa un gran número de materiales geosintéticos en aplicaciones mineras y ambientales,

y hay muchos métodos de ensayos diferentes para caracterizar sus propiedades. Esta

sección presenta un breve resumen de los materiales geosintéticos más comunes usados en

aplicaciones mineras y ambientales, y sus propiedades más importantes. Para una

discusión detallada sobre las aplicaciones de materiales geosintéticos, normas,

especificaciones, datos de productos y fabricantes, se recomienda consultar Koerner

(1997), los métodos y estándares de la ASTM (2006) y del Geosynthetic Research Institute

(GRI 2002), y la Guía de Especificadores del Manual de Materiales Geotécnicos (Industrial

Fabrics Association International 2006). Cabe señalar que las especificaciones de

fabricación, las normas de ensayo de los materiales geosintéticos y las propiedades típicas

de los materiales disponibles cambian frecuentemente, por lo que deben utilizarse siempre

versiones actualizadas. En la Tabla 1 se adjuntan los títulos y fechas de las versiones

actualizadas a noviembre del 2002 de los estándares, prácticas y guías más usadas de la

ASTM y del GRI referentes a geosintéticos.

En general, en las especificaciones para materiales geosintéticos se incluyen dos tipos de

ensayos: ensayos de conformidad y ensayos de control de calidad de su instalación. Los

ensayos de conformidad son realizados antes de instalar los materiales geosintéticos, para

verificar el cumplimiento de los materiales con las especificaciones del proyecto. Algunos

de los ensayos de conformidad menos comunes son frecuentemente proporcionadas por el

fabricante. Los ensayos de instalación se clasifican como no destructivos y destructivos y

se realizan durante la construcción, para asegurar el cumplimiento de los materiales

instalados y de los procedimientos de instalación con las especificaciones del proyecto.

Geomembranas Como se indico líneas arriba, se usan geomembranas como capas de barrera en sistemas de

forro y de cobertura. También se usan como forros de canales, embalses, túneles y presas.


En general, las geomembranas se clasifican con respecto al polímero del cual están hechas

y por su aspereza superficial. A continuación se discuten estas dos clasificaciones.

Los polímeros más comunes usados en aplicaciones mineras de geomembranas son el

polietileno de alta densidad (HDPE, por sus siglas en Inglés "high density polyethylene"),

el polietileno linear de densidad baja (LLDPE, por sus siglas en Inglés "linear low density

polyethylene"), el polipropileno flexible reforzado y no reforzado (fPP y fPP-R) y el PVC.

Al grupo de polímeros formado por el HDPE, LLDPE, fPP y fPP-R se les denomina

polyolefins. La elección del polímero se basa principalmente en su resistencia química a

las substancias a ser contenidas (solución rica en el caso de pads de lixiviacion o lixiviado

en el caso de rellenos de desechos) y en su flexibilidad. El polímero más común para

sistemas de forro de pads es el LLDPE, ya que es más flexible y tiene adecuada resistencia

química a las soluciones típicamente utilizadas en pads. En el caso de capas de barrera de

sistemas de cobertura, la flexibilidad es frecuentemente el factor más importante de la

elección, ya que las coberturas están expuestas a asentamientos importantes. Las

membranas de LLDPE, fPP y fPP-R son más flexibles que las de HDPE y, por lo tanto, son

frecuentemente las usadas en sistemas de cobertura.

La resistencia química de las geomembranas y de otros materiales geosintéticos se evalúa

por medio de ensayos efectuados en especímenes que han sido sumergidos en las

soluciones de interés por períodos prolongados (ASTM D5322). Para esto se determinan

primero las propiedades físicas y mecánicas iniciales del geosintético (ensayos de base)

antes de que esté en contacto con las solución química. Luego, los especímenes

geosintéticos son sumergidos en tanques que contienen esas soluciones, a 23 y a 50 grados

Centígrados. El uso de temperaturas elevadas acelera la degradación química de los

polímeros usados para fabricar los materiales geosintéticos. Se extraen los especímenes de

los tanques después de 1, 2, 3, y 4 meses de inmersión y se ensayan para determinar sus

características físicas y mecánicas. La comparación de estas propiedades con los

resultados de las pruebas de base sirven como indicador del efecto de las sustancias

químicas en ese material geosintético. La lista de propiedades mínimas que deben

ensayarse para determinar la línea base y luego de la inmersión son diferentes para cada

tipo de material geosintético y están especificadas en los estándares ASTM D 5747 para

geomembranas, D6213 para geomallas, D6388 para geodrenes y D6389 para geotextiles.


Cabe señalar que no existe estándar para evaluar si el cambio es aceptable o no. Esta

evaluación se basa en los requerimientos del proyecto específico o en las reglamentaciones

pertinentes.

Con respecto a la aspereza de la superficie, las geomembranas se clasifican como lisas y

rugosas. Las membranas lisas son menos caras y más fáciles de instalar que las rugosas,

pero tienen un ángulo bajo de fricción interfaz (tan bajo como 6 a 8 grados) con otros

geosintéticos y con suelos cohesivos. Las geomembranas rugosas proporcionan un ángulo

de fricción interfaz más elevado. Debe tomarse en cuenta que los ángulos de fricción

interfaz no son valores fijos y deben ser evaluados para cada caso específico, ya que varían

en función de parámetros tales como el desplazamiento relativo (resistencia pico versus

residual), tensión normal, condiciones de humedad, apoyo usado en la prueba (suelo o

placas rígidas), etc.

Las principales propiedades físicas y mecánicas usadas para caracterizar las geomembranas

de HDPE y de LLDPE y las normas de ensayo para medirlas son:

Propiedad Norma

Espesor

• Lisa

• Rugosa

ASTM D5199

ASTM D5994

Altura de la aspereza GRI GM 12

Densidad ASTM D1505/792

Propiedades de tracción

Tensión de fluencia

Tensión a la rotura

Alargamiento a la fluencia

Alargamiento a la rotura

ASTM D638

Modulo secante al 2% (LLDPE) ASTM D5323

Resistencia a la penetracion ASTM D 4833

Resistencia al desgarramiento ASTM D1004

Resistencia axisimétrica (LLDPE) ASTM D5617

Fricción interfaz ASTM D5321


Propiedad Norma

Fragilidad a baja temperatura ASTM D746

Contenido de carbón negro ASTM D1603

Dispersion del carbon negro ASTM D5596

Resistencia a rajaduras (HDPE) ASTM D5397

Tiempo de inducción oxidativa (OIT) ASTM D3895/5885

Envejecimiento en horno a 85ºC ASTM D5721/ 3895/5885

Resistencia ultravioleta GRI GM11 /ASTM D3895/5885

El empalme de las geomembranas se efectúa superponiendo los bordes de dos paneles

adyacentes y luego uniéndolos. Los métodos de unión de geomembranas son:

• Soldadura por fusión. Se derriten porciones de los dos paneles superpuestos usando un

borde metálico o aire caliente. La fusión generalmente se efectúa a lo largo de dos

carriles adyacentes y paralelos, dejando un pequeño canal al medio, el cual sirve para

efectuar pruebas de la estanqueidad del empalme. Este método es aplicable a todo tipo

de geomembrana y es el más usado.

• Soldadura por extrusión. Se extruye una cinta de polímero derretido en el borde de una

de las hojas o entre las dos hojas. Este método es aplicable solamente a membranas de

polietileno y polipropileno.

• Solvente o adhesivos. Se coloca entre las dos hojas una sustancia química que disuelve

el polímero o que se pega al polímero. Estos métodos no son aplicables a

geomembranas de polietileno y polipropileno. Generalmente se usa sólo para el PVC.

Durante la instación se controla la estanqueidad de la longitud total de todos empalmes

entre paneles de geomembranas mediante pruebas no destructivas. Estas dependen del tipo

de empalme. En los de fusión se inyecta aire a presión a través de la ranura que se deja

entre los dos carriles de fusión (ASTM D5820) y se mide que la presión se mantenga sin

pérdida mayor que un límite especificado. En los otros tipos de empalmes se usa una

solución jabonosa y una caja de vacío (ASTM D5641), y se observa si se forman burbujas.

También se utilizan pruebas de chispa eléctrica (spark test) (ASTM D5641), para lo cual se

requiere dejar pequeños alambres embebidos en el empalme.


La resistencia de los empalmes entre geomembranas se controla durante la instalación

usando pruebas de instalación (destructivas) de muestras de los empalmes. Con las

muestras de los empalmes se realizan ensayos de pelado y de corte (peel and shear) de

acuerdo con los procedimientos del ASTM D6392.

Forros Sintéticos de Arcilla (GCL) Los GCLs consisten de una capa delgada de bentonita deshidratada fijada entre dos

geotextiles o pegada a una geomembrana. Los GCLs que se fabrican actualmente tienen

los siguientes nombres de fábrica: Gundseal, Claymax (200R y 600 SP), Shear-Pro,

Bentofix, Bentomat y NaBento. Gundseal consiste de bentonita adherida a una

geomembrana (en un solo lado), mientras que los otros productos tienen geotextiles a

ambos lados. Los geotextiles son unidos a la capa de bentonita usando fibras introducidas

dentro de la bentonita con agujas, o cosiendo los dos geotextiles por medio de puntadas.

Los tipos de geotextiles usados incluyen varias combinaciones de geotextiles tejidos y no

tejidos.

Las principales propiedades físicas y mecánicas usadas para caracterizar los GCLs y los

procedimientos de ensayos son los siguientes:

Propiedad Norma

Masa de bentonita por unidad de área ASTM D3776

Permeabilidad ASTM D5084

Resistencia a la tracción ASTM D4595

Propiedades de la bentonita

Contenido de humedad ASTM D4643

Indice de hinchamiento ASTM D5890

Pérdida de fluido ASTM D5891

Corte directo

Propiedades de los geotextiles

Adicionalmente, todas las propiedades pertinentes relativas a los geotextiles o a la

geomembrana de base son también aplicables a los GCLs.


La evaluación de la resistencia de un GCL debe tomar en consideración su resistencia

interna al corte y la resistencia interfaz entre el GCL y los materiales adyacentes. Debe

notarse que tanto la resistencia interna como la interfaz, no son valores fijos y deben ser

evaluados para cada caso, ya que varían con parámetros tales como el desplazamiento

relativo (resistencia pico versus residual), la tensión normal, el grado de hidratación de la

bentonita, el apoyo usado en el ensayo, etc. Debe darse atención especial a los efectos del

corte a largo plazo (fluencia) en las fibras usadas para coser los GCLs reforzados y al paso

de bentonita hidratada a través de los geotextiles.

El empalme entre GCLs se realiza sobreponiendo paneles adyacentes y añadiendo

bentonita en polvo en el área sobrepuesta para sellarla adecuadamente.

Geodrenes Los polímeros usados para los geodrenes son el HDPE y el polietileno de densidad

mediana (MDPE, por sus siglas en Inglés "mid-density polyethylene"). La prueba de

inmersión también se usa para evaluar la resistencia química de los geodrenes.

Las principales propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas generalmente usadas para

caracterizar los geodrenes y los procedimientos de ensayo para medir estas propiedades

son:

Propiedad Norma

Propiedades Geométricas

Espesor ASTM D5199

Densidad ASTM D1505/792

Resistencia a la fluencia en compresión (perpendicular a su plano)

ASTM D1621


Transmisividad ASTM D4716

La propiedad más importante de los geodrenes, en relación a su uso como capa de drenaje,

es la transmisividad. Debe tomarse en cuenta que los resultados de ensayos de laboratorio

de transmisividad varían con varios parámetros, incluyendo la presión normal, el gradiente

y el apoyo usado en los ensayos. Asimismo, los valores de transmisividad determinados en


los ensayos de laboratorio a corto plazo deben ser reducidos para estimar los valores que

ocurrirán a largo plazo, los cuales consideran la fluencia bajo presión normal, el

obturamiento químico y/o la precipitación de sustancias químicas, y el obturamiento

biológico. Koerner (1997) presenta una discusión completa de los factores de corrección

pertinentes.

Además de las propiedades del geodrén o de los geocompuestos, las propiedades de los

geotextiles soldados a los geodrenes son generalmente especificadas por separado. Los

empalmes de los geodrenes y los geocompuestos se realizan por medio de ataduras

plásticas, las cuales no son diseñadas para transferir tracción.

Geotextiles Se pueden usar geotextiles para desarrollar varias funciones diferentes. Las más

importantes son:

• Separación. Consiste en proporcionar separación entre dos materiales para evitar que

se mezclen. Una aplicación típica es la colocación de un relleno granular sobre una

subrasante blanda (por ejemplo, lamas de relaves).

• Refuerzo. Las aplicaciones de geotextiles para refuerzo son idénticas a las de las

geomallas, como se discute más adelante.

• Filtración. El geotextil puede servir como filtro para evitar la migración de partículas

de suelo a través de él.

• Drenaje. El geotextil se puede utilizar para conducir el flujo en su propio plano. La

capacidad hidrálica para conducir el flujo en su plano se mide por medio de la

transmisividad.

• Amortiguación/Protección. El geotextil puede servir para proteger una geomembrana

de la subrasante, que puede tener piedras sobresalientes, o de un suelo granular a ser

colocado sobre ella, para evitar daños a la geomembrana.

Los polímeros usados más comúnmente para fabricar geotextiles son el polipropileno y el

poliester. Con respecto a su estructura, los geotextiles se clasifican como tejidos y no

tejidos. Cada uno de estos tipos de estructura es subdividida, a su vez, dependiendo del

proceso de fabricación.


Las principales propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas usadas para caracterizar los

geotextiles son:

Propiedad Norma

Peso específico ASTM D792/D1505

Masa por unidad de área ASTM D5261

Tamaño aparente de abertura ASTM D4751

Permitividad bajo presión ASTM D5493

Transmisividad ASTM D4716

Resistencia a la penetración (puncture) ASTM D4833

Resistencia a reventar (burst) ASTM D3786

Resistencia al desgarramiento (tear) ASTM D4533

Resistencia a la tracción/alargamiento

• Jalado (grab)

• Muestra ancha

ASTM D4632

ASTM D4595


Resistencia al arranque ASTM D6706

Abrasión ASTM D4886

Obturamiento (clogging) ASTM D5101/5084

Resistencia a la luz ultravioleta ASTM D4355

Resistencia de empalmes ASTM D4884

El empalme de geotextiles se realiza por cosido o por fusión. La forma de empalme más

usual es por cosido. La mayoría de los geotextile son susceptibles a degradación bajo la

luz ultravioleta. Por lo tanto, se requiere una protección apropiada durante el transporte,

almacenamiento e inmediatamente después de la instalación para evitar que se exceda el

tiempo de exposición a la luz ultravioleta permitido.

Geomallas Las geomallas son usadas para proporcionar refuerzo de tracción. Tal como se indicó

anteriormente, también se utilizan geotextiles como refuerzo de tracción. Las aplicaciones

típicas incluyen:


• Refuerzo de taludes y terraplenes. Las superficies potenciales de falla tendrían que

cortar a través de las capas de geomalla o geotextil de refuerzo. Cuando se usa este

refuerzo, las fuerzas resistentes que actúan en las superficies potenciales de falla son la

resistencia al corte del suelo y la resistencia a la tracción de la geomalla o geotextil.

• Refuerzo de estructuras de contención. En esta aplicación, parte de la presión del suelo

que actuaría contra el muro de contención es transferida por fricción a la parte de la

geomalla o geotextil de refuerzo adyacente al muro, mientras que el resto de su

longitud proporciona anclaje pasivo.

• Caminos sin pavimentar. Las fuerzas de tracción que actúan en la geomalla o geotextil

permiten la distribución de cargas en un área mayor y reducen la formación de huellas.

• Refuerzo de sistemas de cobertura. Un modo posible de falla de coberturas

relativamente empinadas es que una capa de suelo se deslice sobre otro suelo o un

geosintético subyaciente (deslizamiento tipo lámina). Para controlar este tipo de falla,

se coloca una geomalla o geotextil embebido dentro de la capa de suelo inestable para

proporcionar una fuerza de tracción estabilizadora. El extremo superior de la geomalla

o geotextil debe ser anclado en una zanja de anclaje o debe ser suficientemente largo

para desarrollar resistencia pasiva adecuada por fricción para restringir su

desplazamiento.

• Puente sobre posibles vacíos bajo sistemas de forro. Cuando se construyen sistemas de

forro encima de desechos existentes (expansiones verticales de rellenos) o en áreas

donde se pueden desarrollar vacíos, se usan geomallas o geotextiles como parte del

sistema de forro para crear puentes sobre los vacíos.

Las geomallas son de poliester, polietileno y polipropileno. Si van a estar expuestas a

desechos o a lixiviados, la elección del polímero debe considerar su resistencia química, tal

como en el caso de las geomembranas. Dependiendo de la dirección de mayor resistencia

y rigidez, las geomallas se clasifican como uniaxiales y biaxiales.


Las principales propiedades físicas y mecánicas usadas para caracterizar las geomallas son:

Propiedad Norma

Propiedades geométricas

Resistencia a la tracción (muestra ancha) ASTM D4595

Fluencia en tracción ASTM D5262

Resistencia de diseño a largo plazo GRI GG4

Resistencia de anclaje ASTM D6706


En la dirección de las fuerzas de tracción, las geomallas se empalman usando barras de

acero entrelazadas con la geomalla.

Geocompuesto de drenaje

Tal como se indicó anteriormente, el geocompuesto de drenaje utilizado en sistemas de

forro y cobertura consiste de un geodrén con geotextiles soldados de fábrica en uno o en

ambos lados. Para fabricar estos geocompuestos, se sueldan geotextiles de varios tipos y

pesos a los geodrenes, siendo los más comunes los geotextiles no tejidos.

Las propiedades más importantes de estos geocompuestos, en relación a su uso como capa

de drenaje, es la transnisividad. Al igual que los geodrenes, los resultados de los ensayos

de transmisividad en geocompuestos dependen de la presión normal, el gradiente y el

apoyo utilizado en los ensayos. En el caso de los geocompuestos, la transmisividad

depende también del tipo y peso de los geotextiles utilizados en su fabricación, ya que la

deformación de los geotextiles debida a la presión normal actuante reduce el espacio

interior del geodrén.

Para empalmar geocompuestos, generalmente se superponen los geotextiles inferiores, los

geodrenes se unen con ataduras plásticas y los geotextiles superiores se cosen entre sí.


COMPORTAMIENTO DE LOS ELEMENTOS DE FORRO Y COBERTURA

Análisis Geotécnico y de los Geosintéticos Los sistemas de forro y de cobertura consisten típicamente de capas múltiples de suelos y

de materiales geosintéticos. Esto crea un sistema complejo de materiales con resistencias,

módulos de alargamiento y fricciones interfaz diferentes, en los cuales deben realizarse

análisis geotécnicos y de los geosintéticos para evaluar su comportamiento.

Estos materiales son susceptibles a sufrir daños por tensiones y deformaciones en los

materiales geosintéticos y por rajaduras de tracción en los suelos. Los análisis geotécnicos

realizados normalmente para el diseño incluyen la estabilidad general del talud, la

estabilidad bajo carga sísmica, el deslizamiento del sistema de forro sobre las bermas o

taludes durante la construcción, el deslizamiento de la cobertura final, los asentamientos

del fondo del relleno de desechos y la capacidad de carga de los suelos de cimentación. La

estabilidad general del talud y la estabilidad bajo carga sísmica son frecuentemente unas de

las más críticas.

La carga sísmica en el relleno de desechos se determina generalmente por medio de un

análisis de propagación de ondas. La estabilidad bajo carga sísmica se analiza luego

efectuando un análisis de estabilidad pseudo-estático y/o el cálculo de desplazamientos

inducidos sísmicamente. Discusiones detalladas del método de análisis sísmico de rellenos

de desechos ha sido publicado por Repetto et al. (1993a, 1993b), Augello et al. (1995) y

Bray et al. (1995).

El comportamiento de los materiales geosintéticos incluye generalmente el análisis de

tensiones y deformaciones, la resistencia química al lixiviado, la durabilidad, la resistencia

a la penetración, la permitividad y el obturamiento de los geotextiles, y la transmisividad

de los geodrenes y los geocompuestos. Los métodos para evaluar el comportamiento de

los materiales geosintéticos han sido desarrollados y son discutidos en detalle por Koerner

(1997).


Sistema de Manejo de Aguas de Lluvia El sistema de manejo de aguas de lluvia tiene dos partes. Una parte controla la escorrentía

en el mismo relleno de desechos para reducir la erosión de la cobertura. La otra parte es

externa al depósito de desechos y su objetivo es prevenir el ingreso de escorrentía de las

áreas adyacentes al relleno de desechos. Los sistemas de manejo de aguas de lluvia son

diseñados generalmente para recolectar y controlar por lo menos el caudal máximo que

resulte de la tormenta de 24 horas y de 100 años de recurrencia

El control de escorrentía en el relleno de desechos consiste generalmente de un sistema de

bermas/canales ubicado sobre la cobertura (ver Figuras 6 y 7). Es difícil controlar la

escorrentía sin bermas y canales sobre la cobertura, pero es posible en taludes poco

inclinados o cortos. La distancia vertical entre las bermas/canales generalmente se elige de

manera que la erosión de la cobertura final, calculada por la Ecuación Universal de Pérdida

de Suelos del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USLE por sus siglas en

Ingles "Universal Soil Loss Equation"), no exceda 2 a 4 toneladas/acre/año. Un criterio

adicional para elegir la distancia vertical entre las bermas/canales es prevenir que el

régimen del flujo del agua superficial cambie de flujo laminar a flujo concentrado poco

profundo. Previniendo este cambio en el régimen de flujo, el agua de tormentas tiene

menos energía para movilizar las partículas del suelo. Los canales ubicados sobre la

cobertura final son diseñados con una pendiente longitudinal mínima, siguiendo más o

menos las curvas a nivel de la cobertura final. Dependiendo de la velocidad del flujo, los

canales pueden ser revestidos con pasto o rip-rap.

Los canales de la cobertura final descargan generalmente a canales (chutes) de bajada

forrados con gaviones, que conducen el flujo hacia abajo. Generalmente se usa forro de

gavión para los canales de las bajadas por su habilidad para resistir asentamientos y por las

velocidades relativamente elevadas del agua que resultan de los taludes empinados. Los

canales de bajada, por su parte, descargan a otros canales que conducen el flujo a pozas de

sedimentación/detención. Estos otros canales típicamente recolectan la escorrentía de la

cobertura final y de las áreas aledañas, y la descargan a pozas de sedimentación, las cuales

son frecuentemente convertidas a pozas de detención después del cierre del relleno.


El diseño del sistema de control de escorrentía de la cobertura final debe ser realizado

simultáneamente con el diseño detallado de la topografía final del relleno. En esta etapa,

se debe también evaluar la necesidad de caminos de acceso permanente sobre la cobertura

final. Si se requieren tales caminos, deben ser diseñados simultáneamente con el sistema

de control de escorrentía.

Típicamente el diseño de los sistemas de control de ingreso y salida de escorrentía se

diseñan para el evento de 100 años y 24 horas. Los métodos delineados por el

Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, Servicio de Conservación de Suelos

en la publicación titulada “TR-55: Hidrología Urbana para Cuencas Pequeñas” (USDA,

1986) son generalmente usados para calcular los caudales de diseño de las estructuras para

el control de aguas de tormentas.

Para modelar las pozas de sedimentación/detención, normalmente se utiliza el método de

indicación del almacenamiento, también conocido como el método Puls modificado. Este

método dirige el hidrograma del flujo, modelando el desfase y la atenuación de la onda de

flujo que pasa a través del reservorio de almacenamiento cuando entra y se dispersa en la

poza. Existen varios programas de computadora que realizan este cálculo de ruta. El

hidrograma de flujo se obtiene como resultado de TR-55. La elevación del invert, y el

tamaño y el tipo de la estructura de descarga son típicamente seleccionados al mismo

tiempo que la relación de almacenamiento-cota de la poza.

Finalmente, la ecuación de Manning para flujo en canales abiertos se usa para analizar la

capacidad de los canales. El ancho de la base, los taludes laterales y la gradiente

longitudinal de los canales pueden ser seleccionados utilizando esta ecuación. En general,

la gradiente mínima usada para los canales de coberturas es dos por ciento para tomar en

cuenta los asentamientos probables.

Cálculo de la Infiltración El cálculo de la infiltración puede efectuarse por dos métodos: el método de balance de

aguas y el modelo Hidrológico de Evaluación del Comportamiento de Rellenos de

Desechos (HELP, por sus siglas en Inglés "Hydrologic Evaluation of Landfill

Performance"). El método de balance de aguas, basado en la interrelación entre la


precipitación, la evapotranspiración, la escorrentía, el almacenamiento de humedad en el

suelo y la infiltración, como lo discute Viessman et al. (1989), es un cálculo manual que

puede ser realizado usando una hoja de cálculos. Sin embargo, este método no permite

incluir una geomembrana como componente de la cobertura.

Por otra parte, el modelo HELP, desarrollado por el Corps of Engineers de los Estados

Unidos (EPA, 1994), permite la inclusión de geomembranas como parte de la cobertura y

del forro. Este programa requiere parámetros de datos similares al método de balance de

aguas. Los resultados del programa incluyen la escorrentía, la evapotranspiración, el

drenaje vertical a través del forro, la infiltración a través de las capas, la tasa pico de

generación diaria de lixiviado, las tasas promedio anual y mensual de generación de

lixiviado, y el drenaje lateral de las capas ubicadas encima de la capa de barrera.


BIBLIOGRAFIA

American Society for Testing and Materials (2006), 2006 Book of Standards

Augello, A.J., Bray, J.D., Leonards, G.A., Repetto, P.C., and Byrne, R.J. (1995), Response of Landfills to Seismic Loading, Proc. GeoEnvironment 2000, Special Geotechnical Publication, ASCE.

Bray, J.D., Augello, A.J., Leonards, G.A., Repetto, P.C., and Byrne, R.J. (1995), Seismic Stability Procedures for Solid-Waste Landfills, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 121, No. 2, February, pp. 139-151.

Geosynthetic Research Institute, Drexel University (2002), GRI Test Methods and Standards.

Industrial Fabrics Association International 2006), Geotechnical Fabrics Report - Specifier's Guide, December.

Koerner, R.M. (1997), Designing with Geosynthetics, 4th Edition, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ.

Martin, R.B., Koerner, R.M. and Whitty, J.E. (1984), Experimental Friction Evaluation of Slippage Between Geomembranes, Geotextiles and Soils, Proc. International Conference on Geomembranes, Denver, pp. 191-196.

Mitchell, J.K., Seed, R.B., and Seed, H.B. (1990b), Stability Considerations in the Design and Construction of Lined Waste Repositories, ASTM STP 1070, Geotechnics of Waste Landfills -Theory and Practice, A. Ladva and G.D. Knowles, ed., American Society for Testing and Materials, pp. 207-224.

Repetto, P.C. (1995), The Civil Engineering Handbook - Chapter 25: Geo-Environment, CRC Press, Inc.

Repetto, P.C., Bray, J.D., Byrne, R.J., and Augello, A.J., (1993a), Applicability of Wave Propagation Methods to the Seismic Analysis of Landfills, Proc. WasteTech ’93, National Solid Wastes Management Association, California, January.

Repetto, P.C., Bray, J.D., Byrne, R.J., and Augello, A.J., (1993b), Seismic Analysis of Landfills, 13th Central Pennsylvania Geotechnical Seminar, Hershey, PA, April.

United States Department of Agriculture (1986), Soil Conservation Service, Engineering Division, TR-55: Urban Hydrology for Small Watersheds.

United States Environmental Protection Agency (1994), Office of Research and Development, The Hydrological Evaluation of Landfill Performance (HELP) Model, User's Guide for Version 3 (EPA/600/R-94/168a) and Engineering Documentation for Version 3 (EPA/600/R-94/168b).

Viessman, Jr., W., Lewis, G., and Knapp, J. (1989), Introduction to Hydrology, 3rd Edition, Harper & Row Publishers, New York.


TABLAS Tabla 1. Estándares de la ASTM Comúnmente Utilizados para Geosintéticos

(en secuencia numérica)

FIGURAS

Figura 1. Sistemas de Forro Doble Compuesto Figura 2. Capas Funcionales de la Cobertura Final Figura 3. Gráfico Densidad Seca-Humedad Figura 4. Ventana de Permeabilidad Figura 5. Criterio de Filtro de Suelo Figura 6. Topografía de Cobertura


Tabla 1 Estándares de la ASTM Comúnmente Utilizados para Geosintéticos

(en secuencia numérica) D1987-95(2002) Test Method for Biological Clogging of Geotextile or Soil/Geotextile Filters

D4354-99 Practice for Sampling of Geosynthetics for Testing

D4355-02 Test Method for Deterioration of Geotextiles by Exposure to Light, Moisture and Heat in a Xenon Arc Type Apparatus

D4437-99 Practice for Determining the Integrity of Field Seams Used in Joining Flexible Polymeric Sheet Geomembranes

D4439-02 Terminology for Geosynthetics

D4491-99a Test Methods for Water Permeability of Geotextiles by Permittivity

D4533-91(1996) Test Method for Trapezoid Tearing Strength of Geotextiles

D4545-86(1999) Practice for Determining the Integrity of Factory Seams Used in Joining Manufactured Flexible Sheet Geomembranes

D4594-96 Test Method for Effects of Temperature on Stability of Geotextiles

D4595-86(2001) Test Method for Tensile Properties of Geotextiles by the Wide-Width Strip Method

D4632-91(1996) Test Method for Grab Breaking Load and Elongation of Geotextiles

D4716-01 Test Method for Determining the (In-plane) Flow Rate per Unit Width and Hydraulic Transmissivity of a Geosynthetic Using a Constant Head

D4751-99a Test Method for Determining Apparent Opening Size of a Geotextile

D4759-88(1996) Practice for Determining the Specification Conformance of Geosynthetics

D4833-00e1 Test Method for Index Puncture Resistance of Geotextiles, Geomembranes, and Related Products

D4873-02 Guide for Identification, Storage, and Handling of Geosynthetic Rolls and Samples

D4884-96 Test Method for Strength of Sewn or Thermally Bonded Seams of Geotextiles

D4885-01 Test Method for Determining Performance Strength of Geomembranes by the Wide Strip Tensile Method

D4886-88(2002) Test Method for Abrasion Resistance of Geotextiles (Sand Paper/Sliding Block Method)

D5101-01 Test Method for Measuring the Soil-Geotextile System Clogging Potential by the Gradient Ratio

D5141-96(1999) Test Method for Determining Filtering Efficiency and Flow Rate of a Geotextile for Silt Fence Application Using Site-Specific Soil

D5199-01 Test Method for Measuring the Nominal Thickness of Geosynthetics

D5261-92(1996) Test Method for Measuring Mass per Unit Area of Geotextiles

D5262-97 Test Method for Evaluating the Unconfined Tension Creep Behavior of Geosynthetics


D5321-92(1997) Test Method for Determining the Coefficient of Soil and Geosynthetic or Geosynthetic and Geosynthetic Friction by the Direct Shear Method

D5322-98 Practice for Immersion Procedures for Evaluating the Chemical Resistance of Geosynthetics to Liquids

D5323-92(1999) Practice for Determination of 2% Secant Modulus for Polyethylene Geomembranes

D5397-99 Test Method for Evaluation of Stress Crack Resistance of Polyolefin Geomembranes Using Notched Constant Tensile Load Test

D5493-93(1998) Test Method for Permittivity of Geotextiles Under Load

D5494-93 (1999) Test Method for the Determination of Pyramid Puncture Resistance of Unprotected and Protected Geomembranes

D5496-98 Practice for In Field Immersion Testing of Geosynthetics

D5514-94(2001) Test Method for Large Scale Hydrostatic Puncture Testing of Geosynthetics

D5567-94(2001) Test Method for Hydraulic Conductivity Ratio (HCR) Testing of Soil/Geotextile Systems

D5596-94 Test Method for Microscopic Evaluation of the Dispersion of Carbon Black in Polyolefin Geosynthetics

D5617-99e1 Test Method for Multi-Axial Tension Test for Geosynthetics

D5641-94(2001)e1

Practice for Geomembrane Seam Evaluation by Vacuum Chamber

D5721-95 Practice for Air-Oven Aging of Polyolefin Geomembranes

D5747-95a Practice for Tests to Evaluate the Chemical Resistance of Geomembranes to Liquids

D5818-95(2000) Practice for Obtaining Samples of Geosynthetics from a Test Section for Assessment of Installation Damage

D5819-99 Guide for Selecting Test Methods for Experimental Evaluation of Geosynthetic Durability

D5820-95(2001)e1

Practice for Pressurized Air Channel Evaluation of Dual Seamed Geomembranes

D5884-01 Test Method for Determining Tearing Strength of Internally Reinforced Geomembranes

D5885-97 Test Method for Oxidative Induction Time of Polyolefin Geosynthetics by High-Pressure Differential Scanning Calorimetry

D5886-95(2001) Guide for Selection of Test Methods to Determine Rate of Fluid Permeation Through Geomembranes for Specific Applications

D5887-99 Test Method for Measurement of Index Flux Through Saturated Geosynthetic Clay Liner Specimens Using a Flexible Wall Permeameter

D5888-95(2002)e1

Guide for Storage and Handling of Geosynthetic Clay Liners

D5889-97 Practice for Quality Control of Geosynthetic Clay Liners


D5890-02 Test Method for Swell Index of Clay Mineral Component of Geosynthetic Clay Liners

D5891-02 Test Method for Fluid Loss of Clay Component of Geosynthetic Clay Liners

D5970-96 Practice for Deterioration of Geotextiles from Outdoor Exposure

D5993-99 Test Method for Measuring Mass Per Unit Area of Geosynthetic Clay Liners

D5994-98 Test Method for Measuring Core Thickness of Textured Geomembrane

D6072-96(2002) Guide for Obtaining Samples of Geosynthetic Clay Liners

D6088-97(2002) Practice for Installation of Geocomposite Pavement Drains

D6102-97 Guide for Installation of Geosynthetic Clay Liners

D6140-00 Test Method to Determine Asphalt Retention of Paving Fabrics Used in Asphalt Paving for Full-Width Applications

D6141-97 Guide for Screening the Clay Portion of a Geosynthetic Clay Liner (GCL) for Chemical Compatibility to Liquids

D6213-97 Practice for Tests to Evaluate the Chemical Resistance of Geogrids to Liquids

D6214-98 Test Method for Determining the Integrity of Field Seams Used in Joining Geomembranes by Chemical Fusion Methods

D6241-99 Test Method for the Static Puncture Strength of Geotextiles and Geotextile-Related Products Using a 50-mm Probe

D6243-98 Test Method for Determining the Internal and Interface Shear Resistance of Geosynthetic Clay Liner by the Direct Shear Method

D6244-98 Test Method for Vertical Compression of Geocomposite Pavement Panel Drains

D6364-99 Test Method for Determining the Short-Term Compression Behavior of Geosynthetics

D6365-99 Practice for the Nondestructive Testing of Geomembrane Seams using the Spark Test

D6388-99 Practice for Tests to Evaluate the Chemical Resistance of Geonets to Liquids

D6389-99 Practice for Tests to Evaluate the Chemical Resistance of Geotextiles to Liquids

D6392-99 Test Method for Determining the Integrity of Nonreinforced Geomembrane Seams Produced Using Thermo-Fusion Methods

D6434-99 Guide for the Selection of Test Methods for Flexible Polypropylene (fPP) Geomembranes

D6454-99 Test Method for Determining the Short-Term Compression Behavior of Turf Reinforcement Mats (TRMs)

D6455-99 Guide for the Selection of Test Methods for Prefabricated Bituminous Geomembranes (PBGM)

D6461-99 Specification for Silt Fence Materials

D6462-99 Practice for Silt Fence Installation

D6475-00 Test Method for Measuring Mass Per Unit Area of Erosion Control Blankets

D6495-02 Guide for Acceptance Testing Requirements for Geosynthetic Clay Liners


D6496-99 Test Method for Determining Average Bonding Peel Strength Between the Top and Bottom Layers of Needle-Punched Geosynthetic Clay Liners

D6497-02 Guide for Mechanical Attachment of Geomembrane to Penetrations or Structures

D6524-00 Test Method for Measuring the Resiliency of Turf Reinforcement Mats (TRMs)

D6525-00 Test Method for Measuring Nominal Thickness of Permanent Rolled Erosion Control Products

D6566-00 Test Method for Measuring Mass per Unit Area of Turf Reinforcement Mats

D6567-00 Test Method for Measuring the Light Penetration of a Turf Reinforcement Mat (TRM)

D6574-00 Test Method for Determining the (In-Plane) Hydraulic Transmissivity of a Geosynthetic by Radial Flow

D6575-00 Test Method for Determining Stiffness of Geosynthetics Used as Turf Reinforcement Mats (TRM's)

D6636-01 Test Method for Determination of Ply Adhesion Strength of Reinforced Geomembranes

D6637-01 Test Method for Determining Tensile Properties of Geogrids by the Single or Multi-Rib Tensile Method

D6638-01 Test Method for Determining Connection Strength Between Geosynthetic Reinforcement and Segmental Concrete Units (Modular Concrete Blocks)

D6685-01 Guide for the Selection of Test Methods for Fabrics Used for Fabric Formed Concrete

D6693-01 Test Method for Determining Tensile Properties of Nonreinforced Polyethylene and Nonreinforced Flexible Polypropylene Geomembranes

D6706-01 Test Method for Measuring Geosynthetic Pullout Resistance in Soil

D6707-01 Specification for Circular-Knit Geotextile for Use in Subsurface Drainage Applications

D6747-02 Guide for Selection of Techniques for Electrical Detection of Potential Leak Paths in Geomembrane

D6766-02 Test Method for Evaluation of Hydraulic Properties of Geosynthetic Clay Liners Permeated with Potentially Incompatible Liquids

D6767-02 Test Method for Pore Size Characteristics of Geotextiles by Capillary Flow Test

D6768-02 Test Method for Tensile Strength of Geosynthetic Clay Liners


Figura 1

Sistemas de Forro Doble Compuesto


Figura 2 Capas Funcionales de Coberturas


Figura 3 Gráfico Densidad Seca-Humedad


Figura 4 Ventana de Permeabilidad


Figura 5 Criterio de Filtro de Suelo


Figura 6 Topografía de Cobertura

materiales de sistemas de forro y cobertura - … · que los sistemas de cobertura y de zanja de...

Documents