SUMARIO

ASPECTOS MÁS RELEVANTES DEL COMPORTAMIENTO EN OBRA DE LOS MATERIALES SINTÉTICOS UTILIZADOS COMO GEOMEMBRANAS IMPERMEABILIZANTES EN EMBALSES UBICADOS EN LA COMUNIDAD AUTÓNOMA DE CANARIAS   RESUMEN 1. INTRODUCCIÓN 2. EMBALSES 3. MATERIALES   4. CONCLUSIONES 4.1 Poli(cloruro de vinilo) plastificado 4.2 Polietileno de lata densidad 4.3 Etileno-propileno-monómero diénico 4.4 Otros materiales utilizados experimentalmente 5. BIBLIOGRAFÍA

BLANCO, Manuel(*) y AGUIAR, Escolástico(**)

RESUMEN El presente trabajo tiene como finalidad dar a conocer el comportamiento en obra que han presentado los materiales sintéticos utilizados como geomembranas impermeabilizantes en embalses ubicados en la Comunidad Autónoma de Canarias. Los materiales sintéticos considerados, fundamentalmente, en esta investigación son poli(cloruro de vinilo) plastificado, polietileno de alta densidad y etileno-propileno-monómero diénico. propileno monómero.

RELEVANT ASPECTS OF PERFORMANCE OF SYNTHETIC MATERIALS USED AS WATERPROOFING GEOMEMBRANES IN AUTONOMOUS COMMUNITY OF CANARIES. ABSTRACT This work provides to show the performance of synthetic materials used as waterproofing geomembranes in reservoirs situated in Autonomous Community of Canaries. The synthetic materials emploid are plasticized poly(vinyl chloride), high density polyethylene and ethylene/propylene/diene terpolymer rubber.

Palabras clave: Impermeabilización; Geomembranas; Embalses.

1. INTRODUCCIÓN

En el año 1.989, el Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX) inició un largo camino de colaboración con la Comunidad Autónoma de Canarias en el tema de geomembranas impermeabilizantes utilizadas en embalses. El estamento responsable por parte de dicha Comunidad, era por aquel entonces, Balsas del Norte de Tenerife (BALNORTE) y las láminas a investigar estaban constituidas, exclusivamente, por un único material sintético, el poli(cloruro de vinilo) plastificado. Pero desde aquella fecha ha llovido bastante, aunque no lo que quisieran los responsables de los embalses estudiados, y por avatares de la Administración, el organismo antes citado se transformó en BALTEN y al único material sintético investigado le surgió una serie de parientes suyos, que le han empezado a quitar protagonismo y a hacerle una competencia, no vamos decir, desleal. Los nueve embalses originales se transformaron en dieciocho y a medida que pasa el tiempo, ese número se va incrementado, no vamos a decir por necesidades de servicio, en términos administrativos, sino por dos causas fundamentales que se pueden reducir a una; el turismo de las islas y su agricultura que necesitan agua para sobrevivir.

Esta investigación viene a refrendar y potenciar el Plan Hidráulico de la Comunidad Autónoma de Canarias que hacía ya unos años, en la propia década de los ochenta, llevó a cabo un ambicioso programa público de construcción de embalses de riego que permitió desarrollar una tecnología cuyo método y rigor, no sólo en la fase de proyecto y ejecución de las obras sino en el posterior seguimiento de las mismas, resulta de gran interés para aquéllos que han de utilizar la técnica de aplicación de geomembranas sintéticas en la impermeabilización de embalses de materiales sueltos.

Si nos centramos en la isla de Tenerife, podemos observar una gran diferencia en el paisaje y climatología de la zona norte a la sur. En la primera, existe una abundancia de vegetación, que podría considerarse subtropical y con abundancia de lluvias, fundamentalmente, en épocas no estivales. La zona sur es árida, con más connotaciones de semidesierto que de jardín tropical; allí el agua es un bien escaso. Si en la zona norte era importante garantizar el agua al agricultor para momentos de escasez; en la zona sur, con la creación de numerosos centros turísticos de reciente implantación y la aparición de una gran cantidad de invernaderos dedicados, principalmente, a la producción de tomates y plátanos; no es difícil pensar en el aprovechamiento correcto de las aguas existentes.

También durante este periodo y en la línea de la tendencia mundial del mejor aprovechamiento de los recursos hídricos de toda procedencia, se da comienzo al almacenamiento de aguas previamente depuradas y procedentes de núcleos importantes como Santa Cruz de Tenerife y La Laguna; Tras el paso por las depuradoras y previa canalización, se embalsan en el sur y se consigue aliviar la situación de la zona, bastante desfavorecida en este aspecto. Este hecho que significa un cambio de aguas procedentes de barrancos, normalmente, aguas blancas de buena calidad en aguas procedentes de los residuos de las ciudades conlleva una mayor atención e implica en ciertos casos la utilización de nuevos materiales impermeabilizantes y unos problemas, asimismo, nuevos que hay que ir solventando con el tiempo, a través de la investigación.

No pretendemos en este artículo, como en ocasiones anteriores, dar a conocer valores experimentales pues para ello están la literatura científica (1-4), los anales de los distintos Congresos, Jornadas y Cursos (5-10); ni tampoco hablar de que materiales se utilizan, ni de sus propiedades intrínsecas ni de su constitución, así como de sus aplicaciones idóneas y ventajas, por haberlo hecho recientemente en otros medios y foros (11-13).

Se quiere, no sé si se consigue, dar a conocer el comportamiento de una serie de materiales sintéticos de distinta etiología empleados en la fabricación de láminas que serán utilizadas como geomembranas en la impermeabilización de embalses, muchos de ellos considerados grandes presas por la legislación vigente. El comportamiento que comentaremos por materiales, se juzgará por los miles de datos experimentales obtenidos a nivel de laboratorio, a lo largo de los dos lustros de investigación y por los extraídos de las visitas periódicas cursadas a los embalses.

2. EMBALSES

Los materiales que forman las geomembranas sintéticas, objeto de estudio a lo largo de esta década proceden de los embalses que se citan en la tabla I, donde aparece su ubicación, capacidad y altura. Asimismo, en la tabla II se hace referencia a la naturaleza de las geomembranas utilizadas en la impermeabilización de los mismos, así como al espesor de la lámina, material utilizado y año de puesta en obra. En algunos casos, se muestran las geomembranas de reimpermeabilización o de protección. En el caso del embalse del Saltadero, aparecen una serie de materiales debido al establecimiento en el mismo de un campo experimental de nuevas geomembranas.

 

NOMBRE DEL EMBALSE	UBICACIÓN	CAPACIDAD, m3	ALTURA, m
Adeyahamen	San Andrés y Sauces	350.000	26,0
Barranco de Benijos	La Orotava	206.400	16,0
Buen Paso	Icod de los Vinos	155.500	15,0
Cuatro Caminos	Los Llanos de Aridane	100.000	17,0
El Boquerón	La Laguna	51.700	10,5
El Saltadero	Granadilla	442.095	20,0
La Cruz Santa	Los Realejos	664.700	16,0
La Florida	Icod de los Vinos	157.700	14,0
Laguna de Barlovento	Barlovento	3.000.000	26,0
Las Lomadas	San Andrés y Sauces	103.000	16,1
La Tabona	La Guancha	149.200	14,5
Los Llanos de Mesa	San Juan de la Rambla	173.400	15,0
Montaña de Taco	Buenavista	821.700	13,7
Puntagorda	Puntagorda	110.000	16,0
San Antonio	La Matanza de Acentejo	157.000	10,0
San Isidro	Granadilla	49.800	10,5
Valle de San Lorenzo	Arona	250.600	16,0
Valle Molina	Tegueste	614.400	13,0

TABLA I. Ubicación, capacidad y altura de los embalses

TABLA II. Geomembranas utilizadas en la impermeabilización de los embalses  

El reglamento técnico sobre seguridad de presas y embalses data del día 12 de Marzo de 1.996, y fue publicado en el Boletín Oficial del Estado n? 78 de fecha 30 del mismo mes y año. En dicha reglamentación, se consideran grandes presas aquellos embalses que cumplan alguno de estos requisitos:

a) Su altura sea superior a 15 m

b) Si su altura está comprendida entre 10 y 15 m pero se da, al menos, uno de los condicionantes siguientes:

- Perímetro de coronación superior a 500 m

- Capacidad del embalse superior a 500.000 m3

- Capacidad de desagüe superior a 2.000 m3/s

c) Cuando el embalse presente dificultades en cimentación o características no habituales.
 

Evidentemente, una gran parte de los embalses aquí considerados se ven afectados por la citada regulación y deben ser tratados como grandes presas, desde el punto de vista legal (14-15). Por otro lado, y desde una óptica más técnica, los materiales orgánicos empleados en su impermeabilización deberán ser acordes con la normativa vigente (16-18) y sobretodo su instalación, con lo indicado en las normas relativas a puesta en obra (19-21).

3. MATERIALES

Las geomembranas sintéticas consideradas en este estudio están constituidas, fundamentalmente, por los materiales que se citan en la tabla II, es decir:

- Poli(cloruro de vinilo) plastificado homogéneo (PVC/P-h)

- Poli(cloruro de vinilo) plastificado con inserción de fibra de vidrio (PVC/P-fv)

- Poli(cloruro de vinilo) plastificado con inserción de tejidos de hilos sintéticos (PVC/P-hs)

- Polietileno de alta densidad (PEAD)

- Polietileno de media densidad (PEMD)

- Etileno-propileno-monómero diénico (EPDM)

- Copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA/C)

- Polietileno clorosulfonado (CSM)

- Polipropileno (PP)

- Copolímero de propileno-etileno propileno monómero (PP/EPM)
 

Inicialmente se han determinado todas las características indicadas en las normas existentes en la actualidad para geomembranas (16-18), así como otras pruebas que pueden considerarse de interés en un seguimiento del material en obra, tal es el caso del contenido en plastificantes para geomembranas a base de poli(cloruro de vinilo) plastificado.

Semestralmente se han cursado visitas de inspección a los embalses y se ha procedido a la toma de muestras correspondiente. Estas visitas se llevan a cabo en los meses de abril y octubre. En primavera, los embalses suelen estar llenos debido al almacenamiento de agua en el periodo invernal; en otoño, las balsas están vacías o con poca agua. El caso de los embalses con aguas depuradas depende de otros factores y no siguen la pauta anterior.

La toma de muestras se debe hacer siempre en el talud de coronación, zona norte, pues en el hemisferio que nos encontramos, es la parte que antes se degrada en este tipo de materiales, por los efectos de las radiaciones solares sobre la materia orgánica. En la época en que los embalses tienen menos agua y se permita la extracción de muestras en otros lugares, es decir, en zonas que hayan estado en contacto directo con el agua, ya sea de forma intermitente o permanente, se procederá aquí a la toma de muestras; este hecho presenta su interés en embalses con aguas procedentes de depuradoras y en materiales que puedan sufrir extracción de algunos aditivos que entren en la formulación de la lámina. A medida que va transcurriendo el tiempo y en función de los resultados obtenidos en las inspecciones, las tomas de muestras se irán incrementando a otras zonas del embalse para tener una visión del estado del material que permita saber cuando hay que proceder a una reimpermeabilización, protección o, lo que es de mayor interés, por la seguridad propia del mismo.

Los ensayos a realizar con las probetas extraídas en obra deben cumplir dos condiciones básicas. Por un lado, deben poder efectuarse con cantidades muy pequeñas de material y, por otra, deben ser pruebas lo bastante significativas y capaces de proporcionar una visión clara del estado de la membrana impermeable. Lo habitual y recomendable es colocar una serie de probetarios, al menos en las zonas norte y sur del embalse que vayan desde coronación hasta el fondo, donde se sitúen dos ó tres paños con sus correspondientes soldaduras, para ir extrayendo de ahí las muestras, por lo menos, durante los primeros años de vida de la impermeabilización. Esta práctica, se viene realizando con éxito en los últimos años (Fig. 1).

Figura 1. Vista del embalse de La Tabona, al fondo se puede detectar el probetario ubicado en su zona norte
 

Las pruebas experimentales que se vienen realizando periódicamente son las siguientes:
 

- Espesor
-
- Características de tracción
-
- Doblado a bajas temperaturas
-
- Resistencia mecánica a la percusión
-
- Resistencia al punzonamiento estático
-
- Resistencia de la soldadura
-
- Microscopía óptica
-
- Microscopía electrónica de barrido
-

La dureza Shore se está efectuando en materiales distintos al poli(cloruro de vinilo) plastificado y polietilenos. En el poli(cloruro de vinilo) plastificado un ensayo importante de seguimiento consiste en evaluar su contenido en plastificante con el tiempo. En los polietilenos, se está comprobando su dispersión de negro de humo y su resistencia al desgarro.

4. CONCLUSIONES

Los aspectos más relevantes alcanzados al cabo de esta década de investigación, condujeron en la mayoría de los casos a procesos de reimpermeabilización del embalse o una protección (véase tabla II). A nivel de las distintas geomembranas podemos indicar lo siguiente:

4.1. Poli(cloruro de vinilo) plastificado

Se ha hecho uso de geomembranas de este material vinílico en forma homogénea, es decir, sin refuerzo; con inserción de fibra de vidrio y reforzadas con tejido de hilos sintéticos. Sería difícil de plasmar sobre el papel, cual de las tres modalidades de geomembrana sería la más adecuada, a pesar de los años de experiencia y de la multitud de datos que obran en nuestro poder.

Sería simple, pero también lo más sencillo afirmar que las idóneas son láminas homogéneas, a juzgar por el conjunto de valores experimentales y por el tiempo de instalación de la geomembrana correspondiente al embalse de La Florida (Fig. 2); evidentemente, se podría decir que en este tipo de lámina homogénea la pérdida de plastificante es menor, hecho que estaría reforzado por las muestras tomadas en la lámina impermeabilizante del embalse de Valle Molina, cuya degradación se debió a factores distintos de la disminución del aditivo considerado. Los datos están ahí, aunque quizás podría ser prematuro aseverar este fenómeno, pues podrían existir otros parámetros, tales como tipo y calidad del plastificante utilizado, formulación y compatibilidad entre los componentes que posiblemente tengan una influencia notable en la estabilidad del plastificante. Otro hecho a favor de las láminas homogéneas es su mayor resistencia al punzonamiento estático, ya que los recorridos de perforación son muy superiores a los alcanzados por láminas reforzadas.
 
 

Figura 2. Embalse de la Florida (Icod de los Vinos) impermeabilizado con poli(cloruro de vinilo) plastificado sin refuerzo o armadura
 

Las geomembranas reforzadas con una inserción de fibra de vidrio fueron hasta no hace muchos años un tema "tabú" en el campo de la impermeabilización de embalses, tanto es así que la actual norma de puesta en obra no hace referencia a este tipo de material. Los opositores, por cierto mayoría, a parte de amenazar con las penas del infierno al usuario, alegaban problemas de soldadura por la fibra de vidrio e incompatibilidad entre el compuesto orgánico y la materia inorgánica constituyente del vidrio. La verdad, y en eso si estamos todos de acuerdo, es que la fibra de vidrio confiere al poli(cloruro de vinilo) plastificado una mayor estabilidad dimensional lo que significa un logro importante teniendo en cuenta los metros cuadrados de lámina que constituye la impermeabilización de un embalse. La experiencia, hasta el momento, por lo que atañe a los materiales considerados en este trabajo es excelente, por lo que esperamos no quemarnos en la llama eterna.

Por último, las geomembranas reforzadas con tejido de hilos sintéticos son las de uso más común en este campo de la Tecnología. Sus características mecánicas presentan valores superiores, la estabilidad dimensional también es mejor que en las láminas homogéneas, así como la resistencia mecánica a la percusión. En sentido opuesto, se puede decir que la compatibilidad entre el poliéster que forma el tejido de la armadura y la resina vinílica no es del todo buena, sus coeficientes de dilatación son bastante distintos y los movimientos producidos por las solicitaciones propias del embalse y de las condiciones climatológicas hacen que esos productos termoplásticos sigan alargamientos y retracciones distintas que pueden conducir a fallos en el material y, fundamentalmente, en las zonas de soldadura, baste recordar la aparición, en algunas ocasiones, de fenómenos de deslaminación.

Por tanto, la pregunta sigue en el aire ¿cual de los tres tipos de lámina debe utilizarse? La respuesta debe darla el Ingeniero responsable de la obra, fruto de su pericia y experiencia profesional.

La impermeabilización con geomembranas a base de poli(cloruro de vinilo) plastificado, en las tres modalidades mencionadas anteriormente, presenta un buen estado de conservación en los embalses de La Florida, Los Llanos de Mesa, Barranco de Benijos, Valle Molina, Las Lomadas y Laguna de Barlovento. Cumplen todos los requerimientos que se creen necesarios para considerar una membrana en buen estado de uso. Es lógico, en los embalses de Valle Molina y Las Lomadas (Fig. 3), pues se trata, respectivamente, de una reimpermeabilización y una impermeabilización, con no muchos años de vida; las geomembranas de los tres primeros embalses citados superan ya la docena de años instaladas.
FIGURA 3. Embalse de Las Lomadas (San andrés y Sauces). Impermeabilización llevada a cabo con geomembranas de poli(cloruro de vinilo) plastificado

No se puede pasar por alto, la mención al caso del embalse de La Florida, cuyas características en su conjunto son excelentes, tanto es así que cumpliría todos los requerimientos exigibles a una lámina original según la normativa vigente.

La impermeabilización del embalse de la Laguna de Barlovento, aunque con menos años de vida, presenta unas características, que podríamos calificar, también, de excelentes.

La pérdida de plastificantes es una de las pruebas más importantes para conocer el estado de estas geomembranas vinílicas. Se han representado los valores del contenido en plastificantes en función del tiempo y se ha ajustado a una recta por mínimos cuadrados, de manera que el coeficiente "a" de la recta será la ordenada en el origen o contenido inicial de plastificante y el coeficiente "b" la pendiente de dicha recta. Se puede comprobar que los valores más bajos de la pendiente corresponden a muestras de láminas procedentes de La Florida, Valle Molina y Laguna de Barlovento (Fig. 4). El caso ideal es que ese valor del coeficiente "b" fuese cero, ya que implicaría que no habría pérdida de plastificante, por ello cuanto más pequeño es ese coeficiente, mejor es el comportamiento de la lámina con relación a esta propiedad.
 

Figura 4. Embalse de la Laguna de Barlovento, al norte de la isla de La Palma, impermeabilizado con PVC/P-hs  en taludes y PVC/P-h en el fondo.
 

El embalse de Montaña de Taco está impermeabilizado con una geomembrana armada y lleva instalada unos trece años. La pérdida de plastificante es notable, pero sigue conservando unas propiedades mecánicas adecuadas y la lámina permanece estanca. Todo ello ha llevado a los Técnicos de BALTEN a realizar una protección de la parte más degradada del embalse comenzando por la zona norte de coronación (Fig. 5).

Figura 5. Láminas original y de protección en la zona norte del embalse de Montaña de Taco.

Dicha protección se realizó con una lámina sin armar de poco espesor. La lámina de este embalse lleva como armadura un geotextil de gran resistencia mecánica, de forma que en la actualidad su carga supera, con creces, los valores requeridos en la norma para el material original. Los datos experimentales para este tipo de membranas armadas pueden sufrir oscilaciones, tanto en los valores de carga como de alargamiento, debidos a la toma de muestras, pues a la hora de llevar a cabo los ensayos, el sentido de corte de probetas y el número de hilos del textil son los responsables de esas pequeñas diferencias, bien en sentido positivo bien en negativo de las variaciones de las propiedades mecánicas. (Figuras 6 y 7)

Figuras 6 y 7. Microscopía electrónica de barrido a 90 y 1000 aumentos, respectivamente, en muestras del embalse de Montaña de Taco (Buenavista del Norte).

A pesar de la idoneidad de la lámina, se puede observar la degradación de la resina, principal componente de la geomembrana, cuyo periodo de garantía ya ha sido superado.  

Se ha detectado en ciertos casos, que algunas láminas no presentan un aspecto visual idóneo cuando se realiza la inspección; además, no superan el ensayo de doblado a bajas temperaturas. Esta prueba es la mejor alarma para estar alerta ante una futura degradación anticipada del material. Por ello, este síntoma conlleva un seguimiento más minucioso de estas obras.

Estas últimas láminas citadas son de las denominadas en la literatura científica "multicapas" y están constituidas, en bastantes casos,  por cuatro capas: la parte externa de color gris y bajo espesor; un geotextil y dos capas de color negro. Generalmente, la parte gris está formulada con una mayor calidad, tanto a lo relativo a tipo de plastificantes como a antioxidantes y, fundamentalmente, estabilizantes para radiaciones UV. Las capas de color negro irán plastificadas con otro tipo de aditivos y posiblemente o no lleven o contengan en muy pequeña proporción estabilizantes de luz UV. Todo ello, abarata el conjunto de la geomembrana. En estas ocasiones donde se detectó la patología mencionada en el párrafo anterior, no es difícil hacer la conjetura de una deficiente formulación debida a los estabilizantes de luz UV. Para ello, nos podemos apoyar en que las muestras que están bajo el agua o extraídas de zonas de menor insolación, parte sur de los embalses, están en mejor estado, sin demasiadas retracciones, poca pérdida de plastificantes y no rompen en el ensayo de doblado a bajas temperaturas. Para mayor abundamiento en esta teoría, se han analizado muestras tomadas del probetario con la cara gris y con la cara negra hacia la parte externa; comprobándose que el comportamiento de ambas era muy semejante y, prácticamente, mejor la cara no preparada para estar en contacto con la intemperie. Los fabricantes de las láminas tienen la palabra.

En uno de los embalses se detectó el fallo en la prueba de doblado en la inspección de abril de 1.996, es decir, a los dos años de su colocación en el embalse; en otro se puso de manifiesto a los tres años de su puesta en obra. Este hecho puede deberse a las condiciones de radiaciones solares más severas de la zona del primero de los embalses.

Las láminas utilizadas en la reimpermeabilización del embalse de San Antonio se encuentran en un estado de conservación muy deficiente (Figuras 8 y 9). Las zonas más problemáticas son las situadas en la parte del norte geográfico, esto es en los taludes que denominamos norte y este. Asimismo, están peor las zonas de coronación que las zonas de intermitencias o próximas al agua. El conjunto de valores experimentales obtenidos con las muestras extraídas de las distintas zonas del embalse hace pensar que se debe proceder a una nueva impermeabilización.

Figuras 8 y 9.- Aspecto del deterioro de la lámina del embalse de San Antonio, al ser observada por microscopía óptica de reflexión a distintos aumentos.
 

4.2. Polietileno de alta densidad
 

El polietileno es una poliolefina que se emplea en el campo de la impermeabilización en tres formas diferentes según sea su densidad baja, media o alta. Se puede decir que el polietileno de baja densidad ha sido la primera lámina sintética que se utilizó en España, incluso antes que el caucho butilo; si bien el polietileno de baja densidad se emplea enterrado o protegido. En el sentido de la impermeabilización moderna, tal como se entiende hoy día, sería la pionera la lámina de caucho butilo.

El polietileno de baja densidad se suele emplear por los pequeños propietarios en balsas de poca capacidad con el fin de abaratar costos y su uso sigue siendo bastante generalizado en el Levante peninsular. No obstante, hay ejemplos de embalses que entran en la categoría de grandes presas donde, recientemente, se ha utilizado este tipo de material. Un recorrido por la geografía de los embalses españoles permite encontrar casos con ejemplos de utilización de esta poliolefina con una duración ya próxima a los treinta años, como la de un embalse  que hemos tenido la oportunidad de visitar en tierras del sur de Tenerife.

El polietileno de media densidad, como tal, se está empezando a introducir por alguna casa comercial; no obstante, por su propio nombre de "media densidad" no se tiene una gran experiencia.

El material que, juntamente con el poli(cloruro de vinilo), más se está utilizando en el mundo de los embalses es el polietileno de alta densidad. Pero aunque todas las referencias hablan de "alta densidad", el término no es del todo correcto, pues la mayoría de las láminas que estamos utilizando no son de alta densidad, sino mezclas de alta y media densidad, quizás con mayor proporción de media que de alta. El motivo principal es que el polietileno de alta densidad es un material muy rígido, véase su empleo en tuberías, y que por ello no podría utilizarse como lámina impermeabilizante, en cambio, presenta unas características excelentes, fundamentalmente desde el punto de vista mecánico. Por ello, el empleo de polietilenos de media densidad que con la incorporación de ciertos aditivos, por un lado, y de polietileno de alta densidad, por otro, forman las geomembranas que actualmente se encuentran en nuestro mercado.

En cualquier caso, esta poliolefina es un material desde la óptica de su estructura química sumamente estable y, podríamos decir hasta noble sin ramificaciones, esto es sin carbonos terciarios, fácilmente susceptibles de oxidación. En su macromolécula todos los enlaces con de "tipo sigma", es decir, muy fuertes y difíciles de romper, salvo en condiciones muy adversas, generalmente, por vía homolítica. Pero esto es un aspecto teórico y la práctica no es exactamente igual, ya que durante su proceso de formación, se producen reacciones secundarias que conducen a determinadas ramificaciones y, por tanto, están presentes los carbonos terciarios.

Si a lo mencionado en el párrafo anterior se le añade que no deja de ser un material orgánico y, como todo producto orgánico, tiende a envejecer y, por tanto, a desaparecer. Por este motivo, se le añaden una serie de aditivos para lograr una larga vida útil. De todos ellos los más importantes son los absorbentes de luz UV y entre estos, cabe destacar el negro de humo que se incorpora a la resina en una proporción comprendida entre el 2 y el 3%. Cantidades inferiores serían insuficientes para evitar la degradación por las radiaciones solares. Proporciones mayores conllevarían una pérdida importante de propiedades, sobre todo mecánicas, ya que estaríamos sustituyendo sustancias poco nobles como son las cargas por el producto noble que es la resina. La utilización como absorbente de luz UV del negro de humo o negro de carbono se debe a sus costes, relativamente bajos.

Si es importante el contenido en negro de humo correcto, lo es más aún su adecuada dispersión (Figuras 10 y 11). El aditivo debe estar repartido de una forma homogénea a lo largo de la lámina, pues de lo contrario las características pueden variar notablemente de unos puntos a otros y producirse fallos mecánicos y ataques por radiaciones solares; los primeros en los lugares donde haya altas concentraciones de negro de carbono, los segundos donde haya escasez del mismo. No encontramos en nuestra larga experiencia geomembranas de polietileno con cantidades de negro de humo fuera de los márgenes anteriores. Sin embargo, la dispersión del aditivo en la mayoría de las geomembranas comercializadas en nuestro país deja bastante que desear.

Figuras 10 y 11. Dispersión del negro de humo en muestras procedentes del embalse de San Isidro. La primera de ellas con luz natural y en la segunda aplicando la técnica del “falso color”

Comentábamos al referirnos al poli(cloruro de vinilo) plastificado el ensayo de doblado a bajas temperaturas que se realiza según lo indicado en la norma a -20ºC y que representa la prueba fundamental y que primero detecta una patología del material. La norma vigente para el caso del polietileno de alta densidad es exactamente igual, pero en el material vinílico sirve para detectar los fallos, aquí en ningún caso se ha producido un agrietamiento o roturas en la flexión; lo cual, es lógico pues es sabido el uso que se hace de este tipo de plásticos para la congelación en usos culinarios y no experimenta roturas. Como consecuencia de ello se han hecho pruebas con las muestras procedentes de la última inspección a -70?C y en todos los casos, el comportamiento de la poliolefina fue correcto.

Se ha comprobado, como era de esperar, la influencia negativa que tienen las radiaciones solares sobre las láminas de polietileno de alta densidad. El envejecimiento no es privativo del poli(cloruro de vinilo) plastificado como se afirmó reiteradamente en muchos foros científicos por parte de los patriarcas de la venta y comercialización de productos impermeabilizantes, el polietileno envejece como envejecemos los seres humanos, que también somos de naturaleza orgánica. A lo largo de esta investigación, se ha detectado un deterioro del material en zonas de fuertes radiaciones solares, tanto mayor cuanto menor era el espesor de la lámina. Por lo que, recomendaríamos geomembranas de espesores superiores a 2 mm y, en ningún caso, inferiores a 1,5 mm. Estos espesores, además, evitarían problemas en las proximidades de la soldadura, desgarros, pérdidas notables de propiedades mecánicas y punzonamientos, pues es bien conocido que el polietileno es, posiblemente, el material que presenta un peor comportamiento al punzonamiento estático.

Pero no sólo las radiaciones solares parecen ser responsables de la evolución en obra de este material. Se ha puesto de manifiesto que, en algunos casos, el comportamiento del material era mejor en la zona de exposición continua a las radiaciones solares que en las partes donde estuvo en contacto con el agua.

Y para contribuir más a la ceremonia de la confusión, en ciertas ocasiones, se observan comportamientos anómalos en este tipo de geomembranas cuando se realizan pruebas de tracción. Así, tienen lugar valores de carga y alargamiento totalmente aleatorios y sin seguir el proceso de evolución habitual en cualquier material y, algunas veces, la curva tensión-deformación presenta una forma anormal para un polietileno de alta densidad, donde la resistencia a la tracción coincide con el esfuerzo en el punto de fluencia.

¿A qué se debe este tipo de comportamientos anómalos? Actualmente, la solución es una incógnita, aunque puede estar más próxima. Se podrían postular distintas hipótesis:

- Mala dispersión del negro de humo, que en zonas de acumulación de aditivo originaría deficiencias importantes de tipo mecánico, pues no es lo mismo la curva tensión-deformación de una resina que de una carga.

- Formulación de las geomembranas con poliolefinas recicladas que se hayan incorporado a la resina principal y cuyo comportamiento dista de ser el esperado en una resina de nueva formulación.
 

La mala dispersión del negro de humo se puede determinar perfectamente por procedimientos experimentales, existiendo una normativa nacional para llevarla a cabo. La incorporación de productos de reciclado es difícil de detectar experimentalmente, se han realizado pruebas hasta de microscopía óptica de reflexión y microscopía electrónica de barrido "scanner" y no ha habido resultados positivos. Parece ser que la prueba de "stress-cracking" es capaz de ponerla de manifiesto, por lo que de una forma rápida habrá que incorporarla a la normativa española. No obstante, no estamos diciendo que no se puedan utilizar productos de reciclado, puesto que igual tienen validez, pero sí que hay que indicarlo pues las propiedades no deben ser las mismas, en un material reciclado las cadenas son más cortas, están rotas por los procesos de envejecimiento y degradación.

El "stress-cracking" podría detectar a un polietileno regenerado ya que rompería con más facilidad y repercutiría, notablemente, en sus características mecánicas. Los rápidos traductores de nuestro entorno se han apresurado a traducir "stress-cracking" por resistencia al cuarteamiento en medio ambiente activo. Según va el ambiente científico actual en nuestro país, pronto se contratarán intérpretes que serán los que nos representen en los foros técnicos. Y decimos pronto, por no decir en estos momentos, con el peligro que conlleva la elaboración de normativas únicas en manos de lingüistas y cuya ciencia, en la mayoría de los casos, es la económica.

Pero retornando a nuestra resistencia al cuarteamiento en medio ambiente activo, conviene resaltar que consiste en someter durante un tiempo más o menos largo al polietileno a una serie de disolventes, en general de tipo tensoactivo y comprobar el efecto de los mismos. Este hecho podría explicar alguna de las anomalías, anteriormente mencionadas y observadas en varias muestras de las inspecciones llevadas a cabo. Sería acorde con las muestras procedentes de la zona de intermitencias de los embalses de San Isidro y Valle de San Lorenzo cuyo "performance", que dirían los "expertos" anteriormente aludidos, sería peor que en la zona de coronación, expuesta a la intemperie. También explicaría él por qué este fenómeno no ocurrió hasta el momento en el embalse de Buen Paso. Tampoco tuvo lugar en el embalse de Cuatro Caminos en La Palma, cuya geomembrana es del mismo fabricante, tiene igual espesor y fue colocada en las mismas fechas que la de San Isidro. Para comprender un poco esta hipótesis, hay que recordar que en los embalses de San Isidro (Fig. 12) y Valle de San Lorenzo las aguas embalsadas son depuradas, mientras que en los embalses de Buen Paso y Cuatro Caminos (Fig. 13) son aguas blancas.

Figura 12. Embalse de San Isidro, donde se empleó PEAD para su impermeabilización, para almacenar las aguas depuradas procedentes de Santa Cruz de Tenerife y La Laguna..
 

Figura 13. Embalse de Cuatro Caminos, en Los Llanos de Aridane Zona de entrada de aguas.
 

En cierto modo, en los dos embalses del sur de la isla de Tenerife, se está haciendo una prueba lenta de "stress-cracking". Aguas con restos de tensoactivos que, para mayor "inri", se encuentran a temperaturas bastante considerables. Aún cuando usemos de nuestra buena fe y pensemos que esas geomembranas están constituidas, exclusivamente, por resina virgen, datos procedentes de distintos autores, confirman el ataque de ciertas sustancias de carácter detergente, polialcoholes, aceites, grasas, etc. a esta poliolefina.

Las láminas de polietileno de alta densidad que constituyen la impermeabilización de los embalses de Buen Paso, San Isidro, Valle de San Lorenzo y Cuatro Caminos se hallan en buen estado, fundamentalmente la primera. Las geomembranas de San Isidro, Valle de San Lorenzo y Cuatro Caminos llevan más tiempo instaladas, encontrándose en bastante mejor estado la de Valle de San Lorenzo, posiblemente debido a su mayor espesor. Asimismo, la lámina de Cuatro Caminos se halla en muy buen estado.

4.3 Etileno-propileno-monómero diénico

Este material viene rodeado de una gran aureola por ser de tipo elastomérico y no sufrir los ataques del ozono como ocurría con el caucho butilo. Su naturaleza elastomérica le confiere carácter termoestable, lo que pregonan sus promotores como gran ventaja frente al resto de los materiales citados de carácter termoplástico. El que sea termoestable implica, como su propio nombre indica, estabilidad al calor; esto es, que no le afecta el calor y por ello la puesta en obra es más sencilla y su evolución en el tiempo debería ser mejor que en un termoplástico.

Pero el carácter termoestable también tiene sus inconvenientes, como es la imposibilidad de soldar mediante calor y tener que recurrir a distintas combinaciones de disolventes y productos orgánicos adhesivos. Esta soldadura hace más compleja, hoy por hoy, la utilización de este elastómero, ya que en caso de una reparación puntual se precisa llamar a un especialista. Por otra parte, los valores de resistencia de la soldadura por pelado son extremadamente bajos comparados con el resto de los materiales utilizados como geomembranas sintéticas.

A esto hay que añadir, que por efecto del calor, los disolventes retenidos en la zona de soldadura se expanden y producen burbujas o ampollas, que si bien no suelen tener, en general, mayores problemas, si empeoran el aspecto de la obra (Fig. 14).

Figura 14. Junta de unión entre paños de EPDM en el embalse de El Boquerón (La Laguna)

Técnicas de vulcanización "in situ" se están utilizando al efecto y, en este caso, desaparecen los fenómenos provocados por el disolvente y el aspecto del embalse impermeabilizado mejora notablemente. ¿Cuál de las dos técnicas es mejor? Doctores tiene la Iglesia y cada uno arrima el ascua a su sardina; nuestra limitada experiencia hasta el momento nos lleva a quedarnos con el procedimiento de vulcanización.

Un problema importante de este caucho es su baja resistencia al impacto dinámico, de tal manera que una lámina de reciente fabricación, cuando se va a instalar no tiene, prácticamente, resistencia mecánica a la percusión, lo cual debe tenerse muy en cuenta a la hora de su colocación. Con el tiempo, se va produciendo la vulcanización total y al cabo de uno o dos años, el material ya resiste la acción del impacto dinámico. Contrariamente, el comportamiento de este material al impacto estático es muy bueno.

Otro fenómeno a tener presente, es el empleo de esta geomembrana sintética para embalsar aguas depuradas. Este tipo de elastómeros presenta una resistencia muy limitada a ciertos aceites y disolventes que pueden acompañar a este tipo de aguas procedentes de depuradoras. Habrá que ser muy cauto en el empleo de este material con estos fines. Nuestra experiencia, hasta el momento, pasa por este camino.

Si comparamos con otros materiales sintéticos tendríamos que añadir sus bajos valores en tracción y desgarro. Por todo ello, pensamos que a pesar de que en voz alta se habla de materiales cuya durabilidad sobrepasa el medio siglo, con la boca pequeña se garantiza por veinte años; es decir, no es la panacea universal.

La geomembrana de EPDM forma parte de la impermeabilización del embalse del Boquerón y se halla en muy buen estado de conservación. Solo destacable su notable pérdida de alargamiento en rotura y su baja carga en la resistencia al pelado, si se compara con la totalidad de los materiales empleados a este fin.

4.4 Otros materiales utilizados experimentalmente en el embalse del Saltadero

Vamos a referirnos, únicamente, a los materiales que llevan instalados varios años, pues no tendría sentido comentar aquéllos que llevan colocados un año y que son objeto de primeros ensayos en la última inspección. Ni que decir tiene, que los resultados son correctos, puesto que en caso contrario, más que láminas sintéticas, estaríamos probando papel de fumar.

Las láminas de polietileno de alta densidad, copolímero de etileno-acetato de vinilo, polietileno clorosulfonado, polipropileno y poli(cloruro de vinilo) plastificado con inserción de fibra de vidrio presentan un comportamiento adecuado, fundamentalmente la vinílica. Cabría destacar, asimismo, la elevada resistencia la punzonamiento en el polipropileno y en el EVA/C, principalmente este último material que muestra el mejor comportamiento desde el punto de vista del punzonamiento estático entre todas las geomembranas consideradas.

 

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(*) Doctor en Ciencias Químicas. Jefe del Área de Materiales. Laboratorio Central de Estructuras y Materiales (CEDEX). Ministerio de Fomento.
(**) Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Gerente de Balsas de Tenerife (BALTEN). Consejo Insular de Aguas de Tenerife.

	SUMARIO