Hoy en día,‍‌‍‍‌‍‌‍‍‌ en ingeniería civil, determinar qué material de geocelda utilizar es el primer paso que afectará la durabilidad de un proyecto, el rendimiento de una estructura y los costos generales. Las geoceldas son sistemas de confinamiento en forma de panal en 3D que funcionan principalmente fortaleciendo suelos débiles mediante confinamiento lateral. Sin embargo, existe una amplia gama en cuanto al rendimiento de los materiales.

Este trabajo compara seis materiales de geoceldas populares, desde el tradicional HDPE hasta las avanzadas nuevas aleaciones poliméricas (NPA), en términos de resistencia a la tracción, resistencia al pelado de la soldadura, resistencia a los rayos UV, comportamiento de fluencia e idoneidad de uso. Ya sea que la tarea sea reforzar subrasantes de carreteras, estabilizar taludes o construir muros de contención, este manual es apto para proporcionar un equilibrio entre seguridad estructural y sostenibilidad.

1. ¿Qué es el material de geocelda?

Geocell es un sistema de confinamiento celular en forma de panal 3D hecho de tiras de polímero conectadas. Tras la expansión en el sitio, estas franjas crean una red de muros que confinan y soportan materiales de relleno como tierra, grava, arena u hormigón.

La idea principal detrás del uso de la tecnología de control de la erosión con geoceldas es el confinamiento lateral. Al limitar el desplazamiento horizontal de las partículas del suelo, la geocelda mejora la resistencia al corte y la rigidez de la capa de suelo, lo que da como resultado una estructura rígida similar a un colchón. Este sistema compuesto ayuda a distribuir cargas pesadas en un área grande, previene la erosión, disminuye la formación de surcos y reduce el riesgo de fallas estructurales. Por lo tanto, las capas estabilizadas mecánicamente pueden soportar cargas significativamente mayores que los suelos sin refuerzo.

2. ¿Qué tipos de materiales se utilizan en el material de geoceldas?

2.1 Polietileno de alta densidad (HDPE)

Al ser el material de geoceldas de HDPE más utilizado, el HDPE es el estándar industrial mundial para diversas aplicaciones, como la construcción de carreteras y la protección de pendientes.

2.2 Nuevas aleaciones poliméricas (NPA)

Los NPA se consideran materiales para la mejora de productos de geoceldas de plástico y están diseñados específicamente para superar el problema de fluencia del HDPE normal. Estos materiales de alto rendimiento suelen ser combinaciones de diferentes polímeros reforzados con nanofibras o resinas especiales.

2.3 Polipropileno (PP)

El PP es a veces la primera opción cuando las estructuras de geoceldas requieren material con más rigidez pero aún a un precio más bajo que las costosas aleaciones.

2.4 Poliéster tejido/no tejido (PET)

Una fracción de los sistemas de geoceldas emplea geotextiles de poliéster de alta tenacidad en lugar de láminas de plástico sólido.

Las geoceldas de PET se caracterizan por una alta resistencia a la tracción. Además, son muy permeables y el agua puede atravesar las paredes celulares. La permeabilidad es una ventaja para aplicaciones críticas para el drenaje. Sin embargo, estos sistemas basados ​​en tela difieren fundamentalmente de las geoceldas de paredes rígidas y generalmente se usan para aplicaciones especializadas de control de erosión y drenaje en lugar de aplicaciones de carga pesada.

2.5 HDPE reciclado

Debido al creciente interés por la sostenibilidad, hoy en día algunos productores ofrecen materiales de geoceldas hechos de resinas de HDPE recicladas. Las geoceldas de HDPE reciclado ofrecen el beneficio ambiental de desviar los desechos plásticos de los vertederos y aún conservan muchas de las características del HDPE virgen. Sin embargo, las propiedades mecánicas, especialmente la resistencia a la tracción y la resistencia a la fluencia a largo plazo, de estos productos pueden ser ligeramente inferiores en comparación con el material virgen. Estos materiales son más adecuados para aplicaciones livianas como senderos peatonales, diseño de paisajes y caminos de acceso temporal donde los niveles más altos de desempeño estructural no son el requisito principal.

3. ¿Qué material de geoceldas ofrece el mejor equilibrio entre flexibilidad y rigidez?

3.1 El punto de referencia de la industria: material de geoceldas de HDPE

El polietileno de alta densidad (HDPE) ha sido ampliamente reconocido como el compromiso más razonable en el foco principal de los trabajos de ingeniería generales. No sólo ofrece suficiente resistencia circunferencial para confinar los materiales de relleno de manera eficiente, sino que también conserva un nivel muy alto de ductilidad. Esta característica muy rara permite, por un lado, que las geoceldas de HDPE se adapten a subsuelos irregulares, se ocupen de algunos asentamientos e incluso se adapten a los contornos de pendientes pronunciadas; por otro lado, se excluye por completo el riesgo de una fractura frágil.

Debido a su alta flexibilidad, el HDPE en trabajos de construcción de carreteras y estabilización de pendientes es como un ser vivo que abraza íntimamente el suelo debajo de él, por lo que no hay lugar para que el agua entre y cause erosión debajo. Además, el material de geocelda HDPE de la entrada tiene suficiente capacidad para doblarse un poco bajo tensión sin romperse, por lo que es fácil de manejar y bastante resistente cuando está en uso.

3.2 Integridad estructural: Material de geoceldas de NPA y PP

3.2.1 Nuevas aleaciones poliméricas (NPA): 

Este tipo de material está muy cerca del extremo de rigidez del espectro. Así, si bien tienen con diferencia la ventaja en capacidad de soporte de carga debido al hecho de que experimentan sólo una deformación mínima de la pared celular incluso bajo cargas vehiculares pesadas, son al mismo tiempo los menos flexibles durante la instalación. De hecho, las geoceldas NPA exigen un mayor grado de precisión en la preparación de la subrasante y no son muy tolerantes a las irregularidades de la superficie.

Sin embargo, en los casos en los que es primordial preservar el nivel exacto de la superficie de la carretera, por ejemplo, en vías de ferrocarril de alta velocidad o pistas de aeropuertos, esta característica de rigidez resulta ser una ventaja bastante significativa.

3.2.2 Polipropileno (PP): 

El PP tiene un mayor grado de rigidez desde el principio en comparación con el HDPE, lo que produce un tacto más fuerte pero al mismo tiempo una mayor resistencia a la deformación instantánea.

Sin embargo, junto con la rigidez añadida, surgen algunos compromisos. A bajas temperaturas, la rigidez del PP alcanza tal nivel que el material se vuelve quebradizo, por lo que pueden comenzar a desarrollarse grietas como resultado de impactos o cargas dinámicas. Para aquellos proyectos que se ejecutan en climas muy cambiantes o áreas que experimentan muchos ciclos de congelación y descongelación, el HDPE, que es mucho más flexible a bajas temperaturas, generalmente ofrece una mayor durabilidad en el tiempo.

4. ¿Cómo se comparan la resistencia a la tracción y la resistencia al pelado de la soldadura?

4.1 NPA (aleación polimérica novedosa): el líder en rendimiento

Dado que NPA está especializado en este tipo de entornos de alto estrés, sus características técnicas también llevan el sello de esta especialización.

4.1.1 Resistencia a la tracción: 

NPA es el más fuerte entre todos los materiales de geoceldas. Gracias a las resinas especiales y fibras de refuerzo utilizadas en la fabricación del NPA, es capaz de mantener su resistencia incluso cuando se somete a cargas ligeras y de larga duración. El alto módulo elástico del material es tal que resiste fuertemente el estiramiento, lo que, a su vez, garantiza que la rejilla de geoceldas conserve su geometría de diseño incluso bajo cargas de ruedas muy pesadas.

4.1.2 Resistencia al pelado de la soldadura: 

NPA supera a otros en términos de resistencia de la soldadura. La unión molecular formada en las soldaduras de NPA es tan fuerte que puede resistir la fatiga o, en otras palabras, es muy poco probable que las costuras fallen incluso bajo cargas repetitivas de vehículos muy pesados, por ejemplo, vehículos pesados. camiones, trenes. No hace falta decir que este tipo de resistencia a la fatiga es un atributo muy necesario para proyectos de infraestructura cuando un fallo de soldadura puede incluso poner en peligro toda la capa estabilizada.

4.2 HDPE (polietileno de alta densidad): el estándar de la industria

El HDPE proporciona un nivel de resistencia que es confiable y cumple con la mayoría de los estándares internacionales (por ejemplo, GRI-GS13); sin embargo, en comparación con el NPA, sus valores absolutos generalmente están en el lado inferior.

4.2.1 Resistencia a la tracción: 

El HDPE puede ofrecer una resistencia a la tracción fuerte y confiable, pero el hecho es que, en comparación con el NPA, tiene un módulo elástico más bajo. Lo que básicamente significa es que, aunque es bastante difícil romper el HDPE, el mismo material sufrirá más estiramiento (fluencia) que el NPA antes de romperse. Y la fuga es suficiente para incorporarla en los diseños de los ingenieros para la mayor parte de los usos estándar.

4.2.2 Resistencia al pelado de la soldadura:

Las soldaduras de HDPE son muy consistentes porque el material se funde y se adhiere fácilmente durante la fabricación. El proceso de soldadura de polietileno está bien establecido y tiene control de calidad, lo que da como resultado una integridad confiable de la costura. Sin embargo, en condiciones de calor extremo, la resistencia de la soldadura del HDPE puede disminuir más significativamente que los materiales a base de aleaciones, lo que requiere consideración para proyectos en climas muy cálidos.

4.3‍‌‍‍‌‍‌‍‍‌ PP (Polipropileno): el contendiente rígido

El PP es más rígido en comparación con el HDPE, lo que resulta en una alta resistencia al estiramiento inicial. Aún así, tiene problemas con la calidad de la soldadura.

4.3.1 Resistencia a la tracción: 

En cuanto a la fuerza necesaria para estirar el PP, al principio es muy alta. El material tiene un tacto más rígido y asegura los materiales de relleno de forma eficaz bajo cargas estáticas.

4.3.2 Resistencia al pelado de la soldadura: 

Diferentes y a veces problemáticos. El polipropileno tiene fama de ser más difícil de soldar mediante ultrasonidos que el polietileno. Aunque una soldadura de PP perfectamente fabricada puede tener una buena resistencia, la soldadura en sí es generalmente más frágil que las de HDPE. Debido a esta fragilidad, las soldaduras de PP pueden romperse repentinamente ante un impacto fuerte o una carga dinámica sin ceder ni estirarse, lo cual es un modo de falla muy crítico en casos de servicio pesado.

5. ¿Qué material de geocelda tiene la calificación más alta en cuanto a resistencia a los rayos UV y durabilidad a largo plazo?

5.1 Protección UV y estabilidad química

En su mayor parte, se considera que el HDPE tiene la calificación más alta en cuanto a durabilidad ambiental a largo plazo. El uso de entre un 2% y un 3% de negro de carbón durante la fabricación de geoceldas de HDPE hace que los materiales tengan una extraordinaria resistencia a los rayos UV. Debido a que el negro de carbón funciona como un absorbente y estabilizador de rayos UV muy eficiente, las geoceldas de HDPE pueden exponerse a la luz solar muy intensa durante décadas sin ninguna pérdida significativa de su resistencia a la tracción o flexibilidad.

Además, el HDPE es químicamente inerte, lo que ofrece otra capa de defensa contra el deterioro proveniente de suelos altamente ácidos o alcalinos, agua salada y la mayoría de las exposiciones químicas presentes en aplicaciones de ingeniería civil. Esta estabilidad química significa que el material no se volverá quebradizo ni se degradará cuando se exponga a suelos corrosivos o contaminantes industriales.

5.2 Desempeño a largo plazo en climas hostiles

5.2.1 NPA para resistencia a la fluencia: 

En entornos estructurales con cargas pesadas y duraderas, el NPA se considera el mejor porque puede resistir la fluencia (deformación permanente) mucho mejor que el HDPE. Aunque el HDPE puede deformarse lentamente bajo la influencia de cargas pesadas durante un período de décadas, el NPA mantiene su geometría original, proporcionando así una distribución de carga consistente durante toda la vida útil del diseño.

5.2.2 Estabilidad térmica: 

El HDPE se puede doblar fácilmente hasta -40 °C sin romperse, mientras que el PP tiene más probabilidades de romperse cuando se somete a temperaturas frías. En situaciones con variaciones extremas de temperatura (veranos calurosos e inviernos helados), el HDPE sigue siendo el punto de referencia de durabilidad en todo el mundo. Aunque el NPA también resiste bien estas temperaturas extremas, su principal punto fuerte es soportar cargas pesadas y no su flexibilidad térmica.

5.2.3 HDPE reciclado: 

Aunque es bueno para el medio ambiente, el HDPE reciclado generalmente no tiene una resistencia a los rayos UV tan alta como la obtenida a partir de un material nuevo con negro de carbón en el nivel óptimo. Cuando se supone que la geocelda debe dejarse al sol durante mucho tiempo antes de la operación de llenado, la mejor opción sería utilizar HDPE o NPA nuevo de la más alta calidad.

6. ¿Qué material de geocelda es más eficaz para soportar cargas pesadas?

6.1 Soporte de carga de servicio pesado: el caso del material de geoceldas NPA

Cuando se trata de aplicaciones de soporte de cargas pesadas, como carreteras, ferrocarriles, puertos industriales, caminos de transporte minero y pistas de aeropuertos, las aleaciones poliméricas novedosas (NPA) son la opción de material más adecuada.

6.1.1 Rigidez estructural y resistencia a la fluencia: 

A diferencia de los plásticos normales, el NPA ha sido especialmente diseñado y construido para tener un módulo elástico alto. Esta calidad o característica del material garantiza que incluso bajo el peso permanente de vehículos pesados ​​las paredes de las geoceldas no se deformarán (estirarán permanentemente). Al conservar correctamente su forma original, el NPA produce un efecto de colchón rígido que, en consecuencia, aumenta de manera impresionante la capacidad de carga de subrasantes blandas. Esto es muy ‍‌‍‍‌‍‌‍‍‌particularmente en el caso de aplicaciones de alta velocidad donde incluso una ligera deformación de la superficie puede generar riesgos para la seguridad o requerir un mantenimiento más frecuente.

6.1.2 Vida útil a largo plazo en infraestructura: 

NPA mantiene la integridad estructural durante más de 50 años, incluso bajo cargas de alta frecuencia provenientes del tráfico de camiones pesados ​​u operaciones ferroviarias. Los fabricantes que ofrecen productos NPA a menudo ofrecen garantías de rendimiento de ingeniería de hasta 75 años en condiciones geológicas y de carga específicas, lo que refleja confianza en el comportamiento a largo plazo del material.

6.2‍‌‍‍‌‍‌‍‍‌ HDPE para aplicaciones de servicio pesado moderado

Es cierto que el HDPE se puede utilizar de forma muy eficaz en carreteras más ligeras y carreteras secundarias; sin embargo, su característica de deformarse ligeramente durante un largo período de tiempo bajo cargas pesadas continuas lo hace menos adecuado para infraestructura primaria de alta velocidad o instalaciones de gran tonelaje donde la precisión de la superficie de la carretera es muy importante. Aún así, en el caso de un tráfico moderado de vehículos pesados ​​o cuando el presupuesto es el factor principal, el HDPE sigue siendo una opción buena y bien probada.

6.2.1 Distribución de carga:

En el proceso de distribución de carga a través del mecanismo de confinamiento, las geoceldas de HDPE funcionan bien; sin embargo, las paredes de las celdas pueden deformarse más bajo cargas inelásticas que las del NPA. Este nivel de deformación es aceptable para la mayoría de los estacionamientos comerciales, vías de acceso y rutas secundarias.

7. ¿Qué tipo de garantías o certificaciones del fabricante de materiales de geoceldas están disponibles?

7.1 Fabricantes Internacionales: Certificaciones y Garantías

7.1.1 Presto Geosystems (EE.UU.): 

Mi generación de tecnología de geoceldas les pertenece y su serie GEOWEB está certificada según la norma ISO 9001:2015 y lleva la marca CE. Según Presto, los datos de rendimiento de la empresa son verificados por laboratorios externos y se ofrece una garantía limitada líder en la industria que se centra particularmente en la resistencia de la soldadura y la consistencia del material. El rendimiento del material en diversas aplicaciones no será un problema ya que llevan mucho tiempo en el mercado.

7.1.2 Geotecnologías PRS (Israel): 

Cuando se trata de geoceldas de aleación polimérica de alto rendimiento (NPA) Neoloy, PRS es la empresa que introduce las pruebas de fluencia ASTM D6992 (SIM) en su cartera de certificaciones. Las garantías de desempeño de ingeniería se brindan por hasta 75 años bajo condiciones geológicas específicas y reflejan la naturaleza de alta gama de sus formulaciones de NPA. Sus productos han superado los estándares ISO y están diseñados principalmente para aplicaciones de infraestructura de alta carga.

7.2 Fabricación china líder: geosintéticos BPM

Con una posición de liderazgo en la industria, BPM Geosynthetics abastece lugares en más de 100 países, ejecutando un sistema completo, en términos de gestión de calidad, que cumple con los estándares internacionales.

7.2.1 Certificación Integral: 

Además de las normas ISO 9001, ISO 14001 y OHSAS 18001, la planta de fabricación de BPM Geosynthetics también ha sido certificada. Los productos son probados por organismos reconocidos internacionalmente como SGS, Intertek y Bureau Veritas, lo que garantiza el cumplimiento de los productos con las normas ASTM. El uso de la verificación de terceros es el método de BPM para mostrar con precisión las especificaciones de los materiales y los valores de rendimiento.

7.2.2 Compromiso de garantía: 

Entre las garantías de los productos, dos coberturas son las más comunes y son la resistencia a los rayos UV y la resistencia al pelado de la soldadura, donde la garantía normalmente oscila entre 2 y 10 años. Los proyectos de subrasante y estabilización de taludes de carreteras, como lo ha sido la producción de BPM Geosynthetics, han demostrado una tasa de calificación de calidad del 99,5%, gracias a una calidad de producción constante.

Conclusión

Todo se reduce a los requisitos geográficos y estructurales del proyecto en cuanto a qué material de geocelda es el mejor. Al momento de ordenar geoceldas, lo primero que debe tener en cuenta es la condición de carga más pesada, no comprometer la consideración del medio ambiente y elegir material que esté respaldado por pruebas de terceros y garantías del fabricante. De hecho, la elección correcta del material, cuando se instala correctamente, puede convertir los suelos débiles en elementos estructurales fuertes que seguirán sustentando la infraestructura de la civilización durante muchas generaciones.

Contáctenos - Para obtener más información, comuníquese con The Best Project Material Co., Ltd.（Geosintéticos BPM) equipo.