El presente proyecto de aplicación ha sido aprobado con la siguiente calificación: Mónica Ester Valencia García Proyecto de aplicación : Examen de proyecto de aplicación: Nota final : Sr. Jorge Reyes Miranda Director Escuela Tecnológica 28 de enero de 2011 UNIVERSIDAD DE MAGALLANES VICERRECTORÍA ACADÉMICA ESCUELA TECNOLÓGICA Técnico Universitario en Construcción Mención Obras Civiles Proyecto de Aplicación Análisis Global de una Geomembrana de Polietileno de Alta Densidad con propósitos de impermeabilización en el desarrollo de proyectos de Ingeniería en Magallanes Alumna: Mónica Valencia García Profesor Guía: Yasna Segura Sierpe Ingeniero Constructor – CC 2 Punta Arenas, 2010 INDICE RESUMEN..........................................................................................................................7 OBJETIVO GENERAL Y ESPECIFICOS..........................................................................8 INTRODUCCIÓN..............................................................................................................10 CAPITULO I DESCRIPCION GLOBAL DE UNA GEOMEMBRANA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD......................................................................................................11 1.1. Geomembrana de Alta Densidad..............................................................................12 1.1.1. Tabla de propiedades mecánicas y físicas de una Geomembrana HDPE lisa...14 1.1.2. Tabla de propiedades mecánicas y físicas de una Geomembrana HDPE texturizada........................................................................................................................15 1.2. Aplicaciones..............................................................................................................15 1.2.1. Aplicaciones en obras tipo ambiental...................................................................16 1.2.2. Protección de Hormigones...................................................................................19 1.3. Uso de Geomembrana con geotextil.........................................................................20 1.3.1. Funciones.............................................................................................................21 1.3.2. Instalación del Geotextil.......................................................................................23 1.3.2.1. Colocación.......................................................................................................24 1.4. Uso de Geomembrana con Geocompuestos............................................................24 1.4.1. Tabla resumen de funcionalidades y tipos de Geosintéticos...............................25 CAPITULO II METODOLOGIAS DE INSTALACION, UNION Y CONTROL DE CALIDAD DE UNA GEOMEMBRANA DE HDPE...........................................................29 3 2.1. Instalación de Geomembrana de HDPE...................................................................30 2.1.1. Despliegue de Geomembranas...........................................................................30 2.1.2. Superficie de apoyo..............................................................................................31 2.1.3. Anclaje de Geomembrana....................................................................................32 2.1.3.1. Zanjas de anclaje para estructuras de tierra...................................................32 2.1.3.2. Anclaje de Geomembranas a Hormigón.........................................................33 2.2. Métodos de Unión en Geomembranas de Polietileno..............................................34 2.2.1. Soldadura por cuña caliente.................................................................................34 2.2.2. Soldadura por Extrusión.......................................................................................35 2.3. Control de Calidad.....................................................................................................36 2.3.1. Ensayos no destructivos......................................................................................37 2.3.2. Ensayos destructivos...........................................................................................40 2.4. Soldadura por ultrasonido.........................................................................................41 CAPITULO III METODOLOGIAS DE INSTALACION, UNION Y CONTROL DE CALIDAD DE UNA GEOMEMBRANA DE HDPE...........................................................43 3.1. Proyectos en donde se utiliza Geomembrana de HDPE..........................................44 3.1.1. Proyecto: Desarrollo del Pozo Alakaluf A-10.......................................................44 3.1.1.1. Descripción del proyecto.................................................................................45 3.1.1.2. Actividades de la perforación para Alakaluf A-10 en donde se aplicara Geomembrana de Polietileno de Alta Densidad..............................................................45 4 3.1.1.3. Plan de emergencia y contingencia ante derrames con aplicación de Geomembrana de Polietileno de Alta Densidad..............................................................48 3.1.2. Proyecto: Perforación de Pozo Exploratorio palenque Este D ...........................49 3.1.2.1. Descripción del proyecto.................................................................................50 3.1.2.2. Actividades de la perforación de pozo Exploratorio palenque Este D en donde se aplicara Geomembrana de Polietileno de Alta Densidad ..........................50 3.1.3. Proyecto: Perforación de Pozo Exploratorio Las Vegas K, del Bloque Arenal....52 3.1.3.1. Descripción del proyecto.................................................................................53 3.1.3.2. Actividades de la perforación del Pozo Exploratorio Las Vegas K en donde se aplicara Geomembrana de Polietileno de Alta Densidad................................55 3.1.3.3. Plan de manejo residuos y chatarras empetroladas.......................................59 3.1.4. Descripción general de una pileta de acopio temporal de residuos sólidos empetrolados....................................................................................................................62 3.1.4.1. Aplicación de Geomembrana de HDPE..........................................................63 CAPITULO IV ANALISIS COMPARATIVO ENTRE GEOMEMBRANAS DE HDPE, PVC, LPDE Y LLPDE......................................................................................................64 4.1. Geomembrana de HDPE..........................................................................................65 4.1.1. Características......................................................................................................65 4.1.2. Ventajas en el uso de la Geomembrana de HDPE..............................................66 4.2. Geomembrana de PVC.............................................................................................68 5 4.2.1. Características......................................................................................................68 4.2.2. Ventajas en el uso de la Geomembrana de PVC................................................69 4.3. Geomembrana de LLPDE.........................................................................................69 4.3.1. Características......................................................................................................69 4.3.2. Ventajas en el uso de la Geomembrana de LLPDE............................................70 4.4. Geomembrana de LDPE...........................................................................................70 4.4.1. Características......................................................................................................70 4.4.2. Ventajas en el uso de la Geomembrana de LDPE..............................................71 4.5. Tabla de Características de Geomembranas de Polietileno....................................71 4.6. Tabla de Características de Geomembranas de HDPE y PVC................................72 4.7. Precios referenciales para Geomembrana de HDPE...............................................72 4.7.1. Valor total Mano de Obra-Equipo-Material de instalación de Geomembrana HDPE............................................................................................................................... 72 CONCLUSIONES.............................................................................................................75 BIBLIOGRAFIA................................................................................................................78 ANEXOS...........................................................................................................................82 6 RESUMEN En este proyecto de aplicación se estudia el comportamiento de una geomembrana de polietileno de alta densidad frente a diversos factores físicoquímicos, mecánicos y biológicos, así como también sus costos y rendimientos. El primer capítulo se define el concepto de la geomembrana de polietileno de alta densidad, las características principales y sus aplicaciones generales en proyectos de ingeniería. También se explica la relevancia que tienen diversos geocompuestos en combinación con la geomembrana de polietileno. En el segundo capítulo se explica la adecuada instalación que debe tener una geomembrana de polietileno de alta densidad, los métodos de unión en terreno y posteriormente el control de calidad que deben tener las uniones para que esta cumpla con su función principal que es la de impermeabilidad. En el tercer capítulo se presentan ejemplos de proyectos realizados en Magallanes en el área de minería de petróleo y gas en donde se aplican revestimientos de geomembrana de polietileno de alta densidad. En el cuarto capítulo se hace una comparación de propiedades entre diferentes geomembranas de polietileno y geomembrana de PVC. Otra parte importante es el costo y rendimiento que tienen las geomembranas de polietileno de alta densidad en variados espesores y anchos. La utilización de la geomembrana de polietileno de alta densidad ha resultado ser una opción muy económica y duradera para proyectos de la industria petrolera y gasífera, debido a la alta resistencia que ellas presentan a la degradación que se puede generar por reacciones químicas y exposición a los rayos UV. Adicionalmente se adoptan muy bien a los requerimientos necesarios para la contención de líquidos o fluidos debido a que cada día se hace mayor énfasis en la protección del medio ambiente. 7 OBJETIVO GENERAL Analizar las características e instalación en las diferentes aplicaciones de una geomembrana de polietileno de alta densidad (HDPE o PEAD) con propósitos de impermeabilización para no contaminar las aguas subterráneas, prioridad para el área de minería de petróleo y gas; y propósitos de protección de hormigones en el área de construcción; así como también se hará un análisis comparativo de geomembranas elaboradas con distintos tipos de material o densidad dando a conocer sus ventajas y desventajas en un ámbito netamente constructivo. OBJETIVOS ESPECIFICOS • Conocer una geomembrana de polietileno de alta densidad desde su elaboración hasta su aplicación en proyectos de ingeniería. En base a definiciones, funciones, propiedades físicas, mecánicas, químicas y durabilidad se conocerá los usos principales que tiene una geomembrana de polietileno en proyectos de ingeniería de las áreas de minería de petróleo y gas y en construcción; así como también los resultados que se obtienen al complementarla con geotextiles. • Describir proceso de instalación de una geomembrana de polietileno de alta densidad con el propósito de impermeabilizar. A través de información de obras o proyectos realizados en la región de Magallanes en donde se han aplicado geomembrana de polietileno y asesoramiento con personas especialistas en proyectos de minería. 8 • Diferenciar los tipos de geomembranas existentes en el mercado y comparar propiedades y características con respecto a la geomembrana de polietileno de alta densidad. Por medio de una investigación que se hará a distintas empresas comerciales especializadas en geotextiles-geomembranas. Además, se conocerá los costos y rendimientos de diferentes geomembranas de HDPE de acuerdo a sus espesores. 9 INTRODUCCIÓN En el presente trabajo se realizó una investigación detallada de la geomembrana de polietileno de alta densidad, con el fin, de analizar sus características y funciones generales en obras de ingeniería, así como también, sus aplicaciones en proyectos en Magallanes. Además, se efectuó una comparación entre los tipos de geomembranas con más demanda en el mercado actual, los costos y rendimientos de geomembranas de polietileno de alta densidad de acuerdo a los requerimientos del tamaño de la obra a realizar. Cabe mencionar que también se investigó el comportamiento que poseen diversos geocompuestos en combinación con la geomembrana de polietileno destacando sus principales funciones que tienen al colocarlos en una determinada actividad. Para ello, fue necesario recopilar datos de las propiedades mecánicas, físicoquímicas y biológicas, elaboración de tablas de costos y formas adecuadas de aplicarlas para que sus propiedades no se vean alteradas, con el propósito de que su elección se adecue a las exigencias del proyecto a ejecutar, del mismo modo al ambiente que la rodea, cumpliendo con las expectativas por las que son elaboradas, es decir, como barrera impermeable. 10 CAPÍTULO I DESCRIPCIÓN GLOBAL DE UNA GEOMEMBRANA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD 11 1.1. GEOMEMBRANA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD. El polietileno es un material termoplástico que posee buenas propiedades mecánicas, gran inercia química, sin polaridad, no absorbe humedad, de excelente aislamiento eléctrico, es inodoro e inerte fisiológicamente. Es considerado un plástico de ingeniería, y tiene aplicación en toda el área industrial siendo una de ellas la fabricación de geomembranas (ver figura 1.1). Figura1.1. Geomembrana de HDPE en rollos. Fuente: Zibo Auspice Import and Export Co., Ltd. Una Geomembrana se define como un recubrimiento, membrana o barrera de muy baja permeabilidad usada con cualquier tipo de material relacionado, aplicado a la ingeniería geotécnica para controlar la migración de fluidos en cualquier proyecto, estructura o sistema realizado por el hombre. Las GEOMEMBRANAS HDPE1, son fabricadas con resinas vírgenes de polietileno de alta densidad y alto peso molecular (su densidad es mayor a 0.941 gr/cm 3) aproximadamente en un 97.5% y 2-3% de carbón (negro humo), antioxidantes y 1 High density polyethylene 12 estabilizadores de calor, otorgándoles una alta resistencia a la acción de los rayos ultravioleta de un coeficiente de expansión del 700%, haciéndolas excelente para aplicaciones expuestas, garantizando una larga duración. No contienen aditivos que puedan evaporarse y causar deterioro a medida que pasa el tiempo. Se fabrican mediante el proceso de moldeado en cubierta plana o por el proceso de extrusiónsoplado tricapa, la cual permite fabricar las geomembranas con propiedades especificas en cada cara, formando productos bicolor y/o texturados, además, de tener la alternativa de entregarle al manto propiedades fisicoquímicas que cambien su comportamiento a la resistencia tensil, a su rigidez, ductilidad y a otras resistencias mecánicas. Durante la producción de cada rollo, continuamente se toman lecturas del espesor, las cuales son utilizadas para establecer el máximo, mínimo y el espesor promedio de cada rollo. Disponibles en superficies lisas y texturizadas (ver figura 1.2) y los espesores en los cuales son fabricadas varían entre los 0.5 y 5 mm. Las geomembranas texturizadas proveen una excelente resistencia a la fricción generada cuando el suelo de los taludes a recubrir tiene pendientes importantes o para la instalación de capas de suelo de cobertura sobre ellas. Figura1.2. Geomembrana de la izquierda es texturizada y la de la derecha es lisa. Fuente: EMIN S.A. Ingeniería y Construcción. 13 Las geomembranas de polietileno se unen únicamente mediante soldadura por termofusión o por extrusión y en casos especiales por ultrasonidos. Las GEOMEMBRANAS HDPE, están formadas por la polimerización de compuestos que contienen una adhesión no saturada entre dos átomos de carbón dando como resultado una alta cristanilidad, haciéndolas resistentes a una amplia gama de productos químicos, incluyendo ácidos, sales, alcoholes, aceites e hidrocarburos. Estos pueden actuar concentrados y/o diluidos a diferentes temperaturas siendo utilizadas como revestimiento impermeable para la contención de estas soluciones y/o sólidos. Además, de su excelente resistencia al ataque de agentes químicos y a los rayos ultravioleta (UV), presentan inmejorables propiedades mecánicas. Tabla1.1. Propiedades mecánicas y físicas de una geomembrana HDPE lisa. Fuente: Aquapruf s.a. PROPIEDADES NORMA UNIDAD 20 30 40 60 80 1400 MILL 10 MILL 15 MILL 22 MILL 29 MILL 37 RESISTENCIA EN FLUENCIA ASTM-D 6693 kN/m MILL 9 RESISTENCIA EN ROTURA TIPO IV ASTM-D 6693 kN/m 17 19 27 40 53 67 ELONGACION EN FLUENCIA TIPO IV ASTM-D 6693 % 12 12 12 12 12 12 ELONGACION EN ROTURA TIPO IV ASTM-D 6693 % 700 700 700 700 700 700 RESISTENCIA AL RASGADO RESISTENCIA AL TIPO IV ASTM-D 1004 ASTM-D 4833 N N 80 200 90 220 126 320 197 480 249 640 311 800 PUNZOMAMIENTO ESPESOR NOMINAL DENSIDAD ASTM-D 5199 ASTM-D 1505 Mm g/cm3 0.5 0.94 0.75 0.94 1.00 0.94 1.50 0.94 2.00 0.94 2.50 0.94 CONTENIDO DE NEGRO DE ASTM-D 792 ASTM-D 4218 % 2.0-3.0 2.0-3.0 2.0-3.0 2.0-3.0 2.0-3.0 2.0-3.0 HUMO Tabla1.2. Propiedades mecánicas y físicas de una geomembrana HDPE texturizada. Fuente: Aquapruf s.a. 14 PROPIEDADES NORMA UNIDAD 30 40 60 80 1400 MILL 15 MILL 23 MILL 30 MILL 38 RESISTENCIA EN FLUENCIA ASTM-D 6693 TIPO kN/m MILL 11 RESISTENCIA EN ROTURA IV ASTM-D 6693 TIPO kN/m 9 12 18 24 30 ELONGACION EN FLUENCIA IV ASTM-D 6693 TIPO % 12 12 12 12 12 ELONGACION EN ROTURA IV ASTM-D 6693 TIPO % 150 150 150 150 150 RESISTENCIA AL RASGADO RESISTENCIA AL IV ASTM-D 1004 ASTM-D 4833 kN kN 101 214 135 285 203 428 270 570 338 713 PUNZOMAMIENTO ESPESOR NOMINAL DENSIDAD ASTM-D 5199 ASTM-D 1505 Mm g/cm3 0.75 0.94 1.00 0.94 1.50 0.94 2.00 0.94 2.50 0.94 CONTENIDO DE NEGRO DE HUMO ASTM-D 792 ASTM-D 4218 % 2.0-3.0 2.0-3.0 2.0-3.0 2.0-3.0 2.0-3.0 1.2. APLICACIONES La impermeabilidad de las geomembranas es bastante alta comparada con los geotextiles o suelos, aun con suelos arcillosos; valores normales de permeabilidad para una geomembrana medida para transmisión de agua y vapor están en un rango de 1x10-12 a 1x10-15 cm/s, con esto las geomembranas son consideradas impermeables haciéndolas ideales para actuar como barrera al paso de fluidos y gases, además de poseer una alta fuerza tensible y excelente rigidez. Tienen una aplicación generalizada por ser los mas indicados en funciones de recubrimientos, en agricultura, construcción y minería como elemento de contención de líquidos, como recubrimiento en pilas de lixiviación, en depósitos, en canales, en embalses, en reservorios y en estanques de almacenamiento, revestimiento de estructuras de hormigón, entre otros. El sellado de estas geomembranas se realiza dentro y/o fuera de la obra, utilizando una máquina de cuña caliente y una máquina extrusora de resina de HDPE. Se utilizan 15 con éxito para el aislamiento de terrenos con filtraciones, y en una amplia gama de proyectos y soluciones de geotecnia tales como piscinas para almacenamiento, conservación y tratamientos de aguas, piscinas de recolección de lodos petroleros, impermeabilización de diques, aislamientos de terrenos donde funcionarán rellenos sanitarios, etc. sobre muy diferentes sustratos, que pueden ser tierra, arena, concreto o acero. 1.2.1. APLICACIONES EN OBRAS TIPO AMBIENTAL • Lodos petroleros Los lodos de perforación, compuestos por bentonita, trazas de petróleo y agua, forman un líquido viscoso y muy contaminante por lo que debe ser tratado en lagunas impermeabilizadas con Geomembranas antes de su disposición final. • Lagunas de oxidación Con las Geomembranas se evita que la filtración de las aguas residuales, a través del suelo, pueda contaminar fuentes de agua subterránea. • Rellenos sanitarios Por su flexibilidad y gran resistencia química y bacteriológica, la impermeabilización del Relleno Sanitario con geomembranas evita que el lixiviado generado de la composición de la basura, contamine el suelo y las fuentes de agua subterránea. • Recubrimientos de celda En el recubrimiento de suelos en rellenos sanitarios, se ha venido generalizando el uso de geosintéticos dentro de los diseños, presentando en obra un gran beneficio ambiental, con el mínimo de tiempo en su instalación. 16 En el estado actual de la tecnología de recubrimiento, se utiliza una amplia gama de productos geosintéticos para maximizar la eficacia del diseño, integridad y comportamiento de la solución, minimizando el tiempo y el costo. A efectos de la protección del medio ambiente, el componente esencial del relleno sanitario es la geomembrana primaria (HDPE). La lámina primaria es la encargada de confinar los residuos nocivos protegiendo las aguas del subsuelo. Sin embargo, para asegurar el perfecto funcionamiento de un sistema de recubrimiento en un relleno sanitario, es necesario incorporar algo más que una lámina lisa. Con frecuencia se dan taludes bastante inclinados para incrementar la capacidad del relleno. En algunos casos estos taludes hacen que sea necesario el uso de geomembranas que aumente el ángulo de fricción con el geotextil no tejido. Las geomembranas ofrecen la contención del Relleno para la captación del lixiviado, los geocompuestos ofrecen una alta resistencia química y capacidad de flujo en su plano. El geodrén, constituido por una geored con un geotextil no tejido punzonado por agujas unido por ambas caras de la geored (ver figura 1.3), se coloca directamente encima de la lámina primaria. 17 Figura 1.3. Geodrén constituido por una geored al medio y un geotextil en ambas caras. Fuente: ALFACO sas. El geotextil inferior permite al conjunto encajarse con la geomembrana para que no se deslice, especialmente en taludes. Los recubrimientos en celdas de rellenos sanitarios son proyectos complejos y costosos. El sistema de geomembranas representa tan solo una pequeña fracción del costo total de un proyecto u obra. • Deposito lixiviado El lixiviado recolectado del relleno (como se muestra en la figura 1.4) se almacena en depósitos impermeabilizados para su posterior tratamiento. La lámina de estos depósitos esta generalmente expuesta a la intemperie. Los sistemas de impermeabilización en polietileno de alta densidad presentan el más alto grado de durabilidad bajo las condiciones atmosféricas más extremas, tales como radiación solar, o congelamiento. 18 Figura1.4.Relleno de seguridad. Fuente: Geomem, diseño y construcción. 1.2.2. PROTECCION DE HORMIGONES La geomembrana es un excelente protector de la integridad estructural del hormigón contra los ataques químicos, corrosión, permeabilidad y subpresiones por napas freáticas. Es de fácil y rápida reparación con gran resistencia al punzonamiento. Además, provee una distribución de tensiones óptima minimizando las deformaciones lineales generadas por variaciones de temperatura. Existen geomembranas que tienen incorporados aproximadamente 1.180 estoperoles/m2. El gran número de estoperoles permiten una excelente adherencia mecánica al hormigón obteniéndose resistencias a la extracción del orden de 48 ton/m2 (ver figura 1.5). 19 Figura1.5. Geomembrana HDPE con estoperoles. Fuente: EMIN S.A. Ingeniería y Construcción. 1.3. USO DE GEOMEMBRANA CON GEOTEXTIL. • Geotextiles: Son mantas de fibras o hilos tejidos, no tejidos de poliéster, no tejidos de polipropileno y no tejidos de poliéster-polipropileno. Las mantas son flexibles y permeables, generalmente tienen la apariencia de tejido. Son fabricados de fibras sintéticas como el poliéster o polipropileno .Son capaces de retener partículas de suelo mayores que el tamaño de sus poros. • • Geotextiles tejidos: Confeccionados tejiendo dos mallas de hilo para obtener un tejido plano, en diagonal o satinado (como se muestra en la figura 1.6). • Geotextiles no tejidos: Confeccionados mediante la aglomeración de fibras, adheridas entre si en forma desordenada. Pueden ser ligados de dos maneras: agujadas o punzonados (mecánicamente), lo que les otorga alta permeabilidad y un nivel de deformación media- alta, los calandrados (térmicamente), con más baja permeabilidad y un nivel de deformación baja –media (ver figura 1.6). 20 Figura1.6. Geotextil de la izquierda es no tejido y de la derecha tejido Fuente: Universidad de Chile, Departamento de Ingeniería Civil Características: • Resistencia a la tensión (puede absorber esfuerzos producidos en estructuras sometidas a cargas). • Elongación (permite un acoplamiento en terrenos irregulares). • Resistencia química (debido a su fabricación en polipropileno resisten ácidos, álcalis, etc.). • Resistencia térmica (el polipropileno es resistente a altas temperaturas). • Capacidad de filtración (por su porosidad, los geotextiles permiten el paso del agua y retienen los materiales finos). 1.3.1. Funciones Las funciones principales del geotextil son: separar, reforzar, filtrar, drenar, proteger y de barrera impermeable. • Función de separación Consiste en la separación de dos capas de suelo de diferentes propiedades físicas (granulometría, capacidad, densidad, etc.) evitando permanentemente la mezcla de material. Se coloca entre geomembranas y capas de drenaje. 21 • Función de refuerzo y protección El geotextil en conjunto con la geomembrana, aumenta la resistencia mecánica de la impermeabilización impidiendo que se produzcan daños mecánicos de abrasión o punzonamiento (mediante la reducción de presión de los puntos de contacto), ya que esta puede ser perforada durante su instalación o durante su periodo de servicio por los materiales que están en contacto con ella (terreno natural, las gravas de drenaje, etc.) y siempre estará bajo el efecto de cargas importantes, incrementándose conforme se va llenando, lo que produciría una perdida de su función impermeabilizante. De igual forma, protege a la geomembrana del rozamiento con el soporte que se produce durante las sucesivas dilataciones y contracciones que experimenta por efecto de las variaciones térmicas. La lámina impermeabilizante se adapta a las irregularidades del terreno. Las irregularidades pronunciadas implican una tensión en la lámina la cual a su vez causa una pérdida de espesor en la misma dando origen a puntos débiles en los que se podrían producir posibles perforaciones o roturas causadas por objetos punzantes del terreno. La interposición del geotextil evita la pérdida de estanqueidad que se produciría por todas estas causas. • Función de drenaje Consiste en la captación y conducción de fluidos y gases en el plano del geotextil. La efectividad del drenaje de un suelo dependerá de la capacidad de drenaje del geotextil empleado y del gradiente de presiones a lo largo del camino de evacuación del fluido. Para realizar el drenaje satisfactoriamente, el espesor debe ser suficiente al aumentar la tensión normal al plano de conducción. Adicionalmente el geotextil debe impedir el lavado ó transporte de partículas finas, las cuales al depositarse en él, reducen su permeabilidad horizontal. Además debe garantizar el transporte de agua en 22 su plano sin ocasionar grandes pérdidas de presión. Se colocan como un dren de agua o de gas debajo de geomembranas. • Función de filtro Esta función impide el paso a través del geotextil de determinadas partículas del terreno (según sea el tamaño de dichas partículas y el del poro del Geotextil) sin impedir el paso de fluidos o gases. En la práctica se utiliza el Geotextil como filtro en muchos sistemas de drenaje. En los embalses con sistema de drenaje en la base, a fin de localizar posibles fugas, se utiliza como filtro en los tubos de drenaje a fin de evitar el taponamiento de los orificios de drenaje de dichos tubos. Se colocan debajo de rellenos sanitarios para los lixiviados. Beneficios: • Mayor vida útil del sistema impermeabilizante. • Permite la reducción del espesor de la geomembrana. • Menor costo de ejecución. 1.3.2. Instalación del geotextil La unión de los geotextiles se efectúa en base al método de fusión con aire caliente, con un traslapo aproximado de 15 cm, garantizando que el geotextil cumpla su función de proteger a la geomembrana. Si se determina usar unión por costura, ésta debe ser hecha con máquina, con hilo multifilamento de poliéster de alta tenacidad y con resistencia a la tracción mayor que 166 N (16,9 kg). En esta unión se sugiere, que los tramos sean colocados paralelamente a la dirección a donde existan mayores esfuerzos solicitantes. 23 1.3.2.1. Colocación Durante la colocación del sistema geotextil-geomembrana se debe evitar que las partículas y objetos contundentes se intercalen entre ellos, además se deberá evitar que se formen agujeros o rasgaduras en el geotextil para garantizar que la geomembrana está siendo protegida del punzonamiento de los clastos de la subrasante. Durante su colocación y manipulación, se tendrá precaución de no contar con ningún tipo de contaminación (lodo, aceite, solventes, etc.), siendo rechazados los rollos de geotextil que presentes estas anomalías. Una vez colocado el geotextil, se evitará el contacto directo del geotextil con vehículos y equipos de construcción, principalmente cuando el suelo tenga baja capacidad de soporte o sea agresivo (cantos filosos, partículas angulares, etc.). En principio, toda circulación de vehículos y equipos sobre el geotextil estará prohibida. El geotextil no debe quedar expuesto a la radiación solar por períodos mayores a 1 mes. 1.4. Uso de Geomembrana con Geocompuestos GCL2 / Geomembrana/ Geonet Estudios de la EPA3 sobre 91 proyectos en USA confirman que el sistema GCL/ geomembrana/geonet es mas eficiente que el compuesto por Arcilla Compactada/Geomembrana/arena. El drenaje de lixiviados cumple una función importante al mantener bajas cargas hidráulicas sobre la geomembrana. El GCL, así como el conjunto de impermeabilizantes deben ser seleccionados de modo que los ángulos de fricción de la interfaz sean adecuados y exista estabilidad bajo cargas estáticas y dinámicas. 2 3 Carpetas Geosinteticas de bentonita Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos-1970 24 Además, de la combinación Geomembrana/Geotextil, GCL / Geomembrana/ Geonet (ver figura 1.8) existen otros geocompuestos como la combinación de geomalla y geomembrana; o de geotextil, geomalla y geomembrana; o cualquiera de estos tres materiales geosintéticos con otro material (ver figura 1.7). Esta área brinda los mejores esfuerzos creativos de la ingeniería, fabricantes y contratistas. Las áreas de aplicación son numerosas y constantemente crecientes. Las principales funciones cubren el rango entero de las funciones citadas anteriormente como separación, refuerzo, filtración, drenaje y contención (barrera impermeable). Tabla1.4.1. Funcionalidades y tipos de geosintéticos. Fuente: Geomem, diseño y construcción. Tipo de Geosintéticos Función Separación Drenaje 2 Filtración Refuerzo Geotextil tejido 1 1 Geotextil no tejido 1 1 Geogrilla 2 1 Geomembrana 2 Geocells 1 1 Protección 1 1 1 GCL Geocompuestos 2 1 Geonet 2 1 Geopipe Barrera 2 2 1 2 1 1 1 1: Función primario 2: Función secundario El GCL4: es una barrera de baja permeabilidad de principio activo. Es autosellante y autoreparante. Tiene una permeabilidad de 5 x 10 -9 cm/s, mientras que una arcilla típica compactada tiene 1x 10-7 cm/s. 4 Carpetas Geosinteticas de bentonita 25 Geonet: geomalla polimérica que puede reemplazar total o parcialmente capas de grava en sistemas de drenaje y recolección de lixiviados y capas de material drenante. La conductividad hidráulica del geonet es 0,20 m/s (20 cm/s) para espesor de 5 mm, que es muy superior a la de la grava de 1X10-2 cm/s. Este dato es obtenido de la transmisividad hidráulica del geonet que es la propiedad reportada en las especificaciones 1X10-3 m2/s. El geonet de 5 mm es ampliamente utilizado como sistema de detección de fugas entre las capas de geomembrana, ya que la colocación de la grava puede inducir daños en las geomembranas, siendo además de muy lenta colocación. Geogrillas: empleadas para la estabilidad de Taludes Infinitos, ayudando a la estabilidad de los materiales en los taludes, problemas de Asentamiento en la superficie de apoyo (acción de Puente en suelos blandos y acción de puente en suelos de apoyos con vacios internos) y refuerzo de las bermas – estabilidad. Geomalla: las geomallas o geored son geosintéticos de poliéster de alto desempeño estructural, conformada por elementos conectados ortogonalmente con aberturas de tamaño suficiente para permitir la interacción eficiente con el suelo a su alrededor. Geocells: las Geocells o geoceldas están diseñadas para aplicaciones de protección y estabilización. A menudo se utilizan para ayudar a mejorar el rendimiento de los materiales de construcción estándar y tratamientos de control de la erosión. Son tridimensionales, paneles ampliables fabricados con polietileno de alta densidad (HDPE), de poliéster o de otro material polímero. Cuando se expande durante la instalación, las tiras entre sí forman las paredes de una estructura flexible, celulares en tres dimensiones en el que los materiales especificados de relleno son colocados y compactados. Esto crea un sistema de drenaje libre que contiene materiales de relleno 26 en su sitio y evita los movimientos de masas, proporcionando aislamiento a través del refuerzo a la tracción, sistemas de confinamiento celular, mejorar el comportamiento estructural y funcional de los suelos y los materiales agregados de relleno. Geocompuesto: es la posibilidad de combinar las características principales de geosintéticos diferentes. Los geocompuestos mas comunes son para drenaje, y están formados por un filtro de geotextiles que rodea ya sea una geomalla (manta para desaguar), un tubo grueso perforado (desagüe de bordo o de panel), o cajita con conos tipo caja de huevos. Las principales aplicaciones de los geocompuestos se dan en sistemas de subdrenaje para caminos, carreteras y estructuras de retención. Geopipe: es un tubo flexible de HDPE cuya función es drenar. Figura1.7. Deposito residuos peligrosos. Fuente: Geomem, diseño y construcción. 27 Residuos industriales peligrosos Capa de drenaje, protección y transito Geonet y geotextil antipunzonamiento o geocompuesto Geomembrana primaria GCL Geocompuestos o Geonet y Geotextiles filtro Geomembrana secundaria GCL Suelo natural Figura1.8. Diseño típico Deposito Seguridad. Fuente: Geomem, diseño y construcción. La filosofía básica detrás de los materiales, es combinar los mejores rasgos de materiales diferentes, de tal manera que se resuelva un problema específico en forma óptima. 28 CAPITULO II METODOLOGIAS DE INSTALACIÓN, UNIÓN Y CONTROL DE CALIDAD DE UNA GEOMEMBRANA DE HDPE. 29 2.1. INSTALACIÓN DE GEOMEMBRANA DE HDPE 2.1.1. Despliegue de Geomembranas El despliegue debe ejecutarse en el sentido de máxima pendiente de la superficie, no aceptándose soldaduras horizontales en taludes. El traslape debe estar comprendido entre 7 cm y 15 cm según el tipo de soldadura (generalmente traslapo mínimo de 10 cm para soldadura de fusión y de 7.5 cm para soldadura de extrusión), para asegurar que los excedentes a ambos costados de la línea de soldadura son suficientes para ser sometidos a ensayos destructivos y que la fusión sea ejecutada completamente en el interior del traslape. Las arrugas o burbujas se remueven hasta que desaparezcan, una vez que se efectúa la unión del traslapo. Extensión de los rollos Para el manejo de los rollos en la obra es necesario contar con la disposición de equipo de carga que permita mover los rollos entre los frentes de trabajo. Durante el día de trabajo no se deben desplegar rollos que no vayan a sellarse. Los rollos de geomembrana se desenrollarán usando métodos que no ocasionen daños, estiramientos o cizalladuras al material. El personal que camine sobre la geomembrana deberá estar provisto de zapatos y ropa adecuada para no ocasionar daños. Sólo se debe permitir el acceso a personal autorizado y bajo ninguna circunstancia se debe fumar dentro del perímetro de trabajo de la geomembrana. Se debe restringir el tráfico vehicular directo o cualquier otro transporte de equipo pesado y diferente al utilizado en la instalación. No se debe utilizar la superficie de la geomembrana como área de trabajo, almacenamiento de tubería o de cualquier otro tipo de elemento. 30 2.1.2. Superficie de apoyo La superficie debe ser lisa y sin elementos que puedan perforar o cortar la geomembrana, nivelada en forma continua y uniforme, sin cambios abruptos de pendiente. Si el terreno soporte no cumpliese con esta característica se procederá al estudio de la mejor solución de soporte, como por ejemplo a colocar un geotextil o geocompuesto de protección que asegure la integridad del sistema de impermeabilización. La superficie de apoyo debe estar compactada, generalmente se considera una compactación igual o superior al 90% del Proctor Modificado, de manera tal que evite asentamientos diferenciales que puedan inducir deformaciones importantes a la geomembrana. Se incorporará a los suelos agua hasta obtener la humedad óptima. Constantemente se verificarán las pendientes finales y la superficie de terminación, garantizando de esta forma una superficie optima para la colocación de la geomembrana. No deben presentar depósitos de agua, suciedad o humedad excesiva. Si se presentan niveles freáticos altos se debe proveer un sistema de subdrenaje que elimine este aspecto. El sistema de subdrenaje también sirve para evacuar posibles apariciones de gases. Para revestimientos de estructuras de hormigón, se aplica el mismo concepto pero además evitando los cantos angulosos y terminaciones gruesas que puedan dañar la geomembrana. 31 2.1.3. Anclaje de Geomembranas 2.1.3.1. Zanjas de anclaje para estructuras de tierra Para el anclaje de revestimientos de estructuras de tierra, tales como piscinas o pilas de lixiviación, se utiliza una zanja de anclaje perimetral excavada en el terreno y rellena con el mismo material proveniente de dicha excavación; la superficie de apoyo de la zanja de anclaje es uno de los puntos de fijación del revestimiento por lo que debe estar nivelada y compactada, además debe estar libre de afloramientos rocosos, grietas, depresiones y cambios abruptos de pendientes (ver figura 2.1). Los anclajes deben ser rematados al final y deben permitir un cierto grado de flexibilidad. Las zanjas en v son las más apropiadas por ser fáciles de rellenar, fácil ejecutar las soldaduras. Figura2.1. Zanja anclaje. Fuente: Geomem, diseño y construcción. 32 2.1.3.2. Anclaje de geomembranas a hormigón Para el revestimiento de hormigones y otros elementos de construcción, se utilizan perfiles de polietileno (Polylock) (ver figura 2.3) que se instalan durante la colocación del hormigón, con el objetivo principal de posibilitar la ejecución de una soldadura entre el perfil y la geomembrana, y de esta manera, asegurar el sello impermeable (ver figura 2.2). Figura2.2. Anclaje mediante perfiles embebidos. Fuente: Protocolo de instalación geomembrana HDPE SOTRAFA, S.A. Figura2.3. Perfiles HDPE para embutir en hormigón. Fuente: Protocolo de instalación geomembrana HDPE SOTRAFA, S.A. 2.2. Métodos de unión en Geomembranas de Polietileno 33 2.2.1. Soldadura por cuña caliente Figura2.4. Soldadura de termofusión por cuña caliente. Fuente: EMIN S.A. Ingeniería y Construcción. Figura2.5. Proceso de soldadura por cuña caliente. Fuente: EMIN S.A. Ingeniería y Construcción. Figura2.6. Sección transversal de una soldadura por cuña caliente. Fuente: EMIN S.A. Ingeniería y Construcción. Unión por termofusión en el área de traslape de paneles por medio de una maquina autopropulsada, provista de dos rodillos, mediante una cuña calefactora (ver figura 2.4); a medida que la soldadora avanza propulsada por los rodillos (como se muestr4a en la figura 2.5), estos presionan las partes calentadas por la cuña logrando dos líneas de soldadura paralelas separadas por un área libre que constituye el denominado “canal de aire” (como muestra la figura 2.6). Tanto la temperatura, como la presión de contacto de las geomembranas y la velocidad de avance de los rodillos son ajustadas mediante controles independientes en la soldadora. 34 La selección de los parámetros de soldadora las realiza el operador según el tipo de polímero que conforma la geomembrana y las condiciones ambientales, además del espesor de las láminas a unir, entre otras variantes. Se programa a una temperatura de 650ºF aproximadamente dependiendo de la temperatura ambiente. Así mismo se regula a una velocidad entre 3.0 y 4.0 metros lineales por minuto. La soldadura por termofusión se utiliza para unir largos tramos en forma continua. 2.2.2. Soldadura por Extrusión Figura2.7. Soldadura por extrusión de material de aporte. HDPE. Figura2.8. Proceso de soldadura por extrusión Fuente: EMIN S.A. Ingeniería y Construcción. Fuente: EMIN S.A. Ingeniería y Construcción. Soldadura por extrusión de material de aporte. Unión por termofusión con aporte de material de las partes a unir. La soldadura se ejecuta mediante una soldadora guiada manualmente, provista de una cámara de fusión de material de aporte, una boquilla para la extrusión del aporte y una boquilla de precalentado de la superficie que recibirá el material de aporte o extruido (ver figura 2.7). El material de aporte, ya sea como rodón o granulado, es ingresado a la cámara de fusión donde por medio de un tornillo sin fin es hecho fluir a través de la boquilla de 35 extrusión. Mientras el operador guía la boquilla de extrusión apoyándola sobre las partes a unir, un flujo de aire caliente expelido por la boquilla de precalentado prepara las superficies previamente pulidas para su perfecta adherencia con el cordón de soldadura (ver figura 2.8). Proceso de soldadura por extrusión en HDPE. Las variables de control para este tipo de maquina son la temperatura de fusión del material de aporte, que dependerá del tipo de polímero empleado y la temperatura del flujo de aire caliente, que dependerá del espesor de las láminas y de las condiciones ambientales. Se ajusta a una temperatura de 600 ºF aproximadamente y un precalentado a 450 ºF dependiendo del medio ambiente al momento de realizar las soldaduras. La totalidad de los detalles, parches y uniones especiales pueden ser ejecutados por medio de este método. Previa a la ejecución de la soldadura las superficies a soldar por el método de extrusión deben ser previamente unidas de modo de garantizar el contacto pleno de las superficies bajo el cordón de soldadura. Con ambas máquinas se realizan pruebas antes de ser utilizadas por el personal técnico comprobando su soldadura a través de un tensiómetro. Las pruebas se denominan comprobación de las soldaduras por fusión y extrusión y comprobación a la tensión y resistencia del material. 2.3. CONTROL DE CALIDAD Pruebas destructivas y no destructivas Las pruebas destructivas consisten en extraer una muestra (aproximadamente de 30 x 10 cm), ubicada a cada 150 m. lineales sobre las soldaduras ejecutadas por termofusión, así como en amarre de geomembrana, para someterlas al tensiómetro. 36 Posteriormente, se procede a reparar la zona mediante un parche soldado mediante extrusión. Las pruebas no destructivas consisten en preparar una muestra independiente de los trabajos realizados en campo, para posteriormente someterla a la prueba del tensiómetro. 2.3.1. Ensayos no destructivos Una vez ejecutada la línea de soldadura y antes de realizar la extracción de los testigos para ensayos destructivos, la estanqueidad del sistema en las zonas de unión debe ser comprobada por medio de ensayos no destructivos. Existen fundamentalmente tres tipos de ensayos no destructivos para la verificación de la estanqueidad de las uniones, ellos son los que a continuación se indican. Caja de vacío: Se ejecuta sobre las uniones realizadas por extrusión. Consiste en someter la totalidad del cordón de soldadura a una presión de vacío determinada por el espesor de la geomembrana. En caso de que exista alguna fuga se puede detectar debido a la existencia de burbujas continuas en el área de la soldadura defectuosa, la cual se procede a reparar por medio de extrusión (figura 2.9 muestra equipo para prueba de vacio). El ensayo de vacio se realiza a través del siguiente procedimiento: • Se limpia la ventana de la caja al vacío, las superficies de las abrazaderas y se revisa la existencia de fugas. • Se suministra energía a la bomba de vacío y se reduce la presión del tanque a una presión de vacío de aproximadamente 35 KPa (5 psi) (dependiendo del espesor de la geomembrana). 37 • Se humedece con una solución jabonosa la zona de la unión cubriendo un área mayor a la superficie de la caja de vacío. • Se coloca la caja sobre el área humedecida y se procede a la compresión. • Se cierra la válvula de salida y se abre la válvula de presión. • Se verifica que se forme un sello a prueba de filtraciones. • Por un período adecuado (mínimo 30 segundos), se examina la geomembrana a través de la ventana de observación en busca de burbujas de jabón. • Si no aparecen burbujas luego de los 30 segundos, se cierra la válvula de presión y se abre la válvula de salida, moviendo la caja al siguiente punto de unión para repetir el proceso, manteniendo una superposición de 0.12 m con respecto al área probada. • Todas las áreas en que se observen burbujas de jabón son marcadas, reparadas y nuevamente sometidas a prueba. • Los puntos de prueba, con su correspondiente identificación, fecha y nombre de la persona que realiza la prueba, serán indicados con un marcador indeleble en la geomembrana en cada sección de reparación o costura. Figura2.9. Equipo para la prueba de vacio. Fuente: EMIN S.A. Ingeniería y Construcción. Prueba de chispa eléctrica (Spark Test): La prueba de chispa eléctrica se utiliza en cordones de extrusión a los cuales se les ha dejado inserto un alambre de cobre previo 38 a la colocación del material de aporte. Este ensayo se lleva a cabo utilizando un dispositivo semejante a una escobilla metálica conectado a una fuente de energía eléctrica, la existencia de porosidades o discontinuidades en la soldadura producirá que la unidad emita una señal audible o chispa eléctrica. Prueba de canal de aire: Consiste en la aplicación de aire a presión durante 5 minutos dentro del canal de aire o espacio dejado por la soldadora de cuña caliente, si esta presión llega a tener una caída del 10% se procede a detectar la fuga para realizar posteriormente la reparación correspondiente con soldadura por extrusión. El ensayo de presión en canal de prueba se realiza a través del siguiente procedimiento: • Montaje de una bomba de aire (equipada con manómetro) capaz de generar y sostener una presión de 175 KPa (25 psi) y 210 KPa (30 psi). Se debe disponer de un elemento adecuado para proteger la geomembrana. • Se emplea un manómetro equipado con una aguja hueca afilada, u otro dispositivo de alimentación de presión aprobado. • Se sella un extremo de la línea de unión para ser ensayado. • Se inserta la aguja a través del extremo sellado y del canal de prueba. • Se suministra energía a la bomba de aire para verificar que el aire pasa sin obstáculos a través del canal. • Se sella el otro extremo del canal • Se energiza la bomba de aire a una presión de 175 KPa (25 psi) y 210 KPa (30 psi), se cierra la válvula, y se mantiene esta presión por tiempo de aproximadamente cinco (5) minutos. • Si la pérdida de presión excede los 28 KPa (4 psi) o si la presión no se estabiliza, se localiza el área que presenta fallas, se procede a su reparación y se somete a nuevas pruebas. 39 • Se retira la aguja u otro dispositivo de alimentación de presión aprobado y se sella el canal. • Los puntos de prueba, con su correspondiente identificación, fecha y nombre de la persona que realiza la prueba, serán indicados con un marcador indeleble en la geomembrana en cada sección de reparación o costura. 2.3.2. Ensayos destructivos A diferencia de los ensayos no destructivos, que tienen como objetivo determinar la estanqueidad de todas las uniones del revestimiento, los ensayos destructivos sirven para evaluar estadísticamente la calidad de las soldaduras. Los ensayos son ejecutados en probetas cortadas directamente desde el revestimiento recién unido, ya sea por extrusión o por cuña caliente, teniendo en cuenta que no se extraerán muestras en áreas donde sea importante mantener la continuidad del sellado, existan dificultades para colocar parches o no se induzca a un debilitamiento en el revestimiento. Todos los agujeros de la geomembrana que resulten del muestreo serán inmediatamente reparados. Todos los parches serán sometidos a la prueba de caja de vacío. Para ambas uniones los ensayos son de dos tipos: Corte: Consiste en someter la unión entre las láminas de la probeta de ensayo a un esfuerzo de corte directo ejecutado a una velocidad determinada. Para esto, se fijan los extremos (respecto al eje de soldadura) a las respectivas tenazas del tensiómetro y se procede con el ensayo. Una vez finalizado el ensayo se registra la máxima resistencia de la probeta y se indica si la falla se produjo fuera o en la soldadura. Desgarre: El procedimiento es semejante en metodología y condición de aprobación al ensayo de corte. Su diferencia radica en que para someter a desgarre la soldadura, los extremos de la probeta, asidos por las tenazas, corresponden a las láminas ubicadas a un mismo extremo de la soldadura. La aprobación de la probeta requiere que la 40 eficiencia al desgarre iguale o exceda las especificaciones de construcción. Este ensayo es ejecutado para ambos extremos de la probeta en el caso que la unión esté provista de canal de aire. 2.4. Soldadura por ultrasonido El ensamble ultrasónico de plásticos es la unión o el reformado de termoplásticos por medio del uso de calor generado a partir de movimiento mecánico de alta frecuencia. Esto se logra convirtiendo energía eléctrica en vibración que crea calor por fricción entre dos piezas plásticas empatables. Esta vibración, al ser aplicado bajo presión a una pieza, causa que el director de energía se funda. Una vez que se logra su fusión, se mantiene bajo presión para permitir que el plástico se enfríe y logre una unión molecular entre las piezas de plástico (ver figura 2.10). Figura 2.10. Soldado por ultrasonido. Fuente: Boletín de Induma.biz. Todas las máquinas de ultrasonido trabajan de la siguiente forma: el generador cambia la electricidad de alimentación (60 Htz) en una señal eléctrica, a la frecuencia de operación del sistema. La energía eléctrica de alta frecuencia producida por el 41 generador es enviada por medio del cable RF al convertidor, que cambia la energía eléctrica en movimiento mecánico vertical de baja amplitud o vibración. Esta vibración es transmitida al modulador. El modulador tiene dos propósitos, el primero es incrementar o disminuir la amplitud de la vibración, el segundo es sostener el ensamble del cañón dentro de la prensa. La amplitud requerida depende del material y el tipo de aplicación. Por ejemplo un modulador de 2 a 1 unido al convertidor duplicará la amplitud de la vibración mecánica que sale del convertidor, que generalmente es de 20 a 25 micrones, llevándola al doble; un material amorfo como el policarbonato puede requerir entre 40 y 50 micrones para soldar, mientras que uno cristalino, como el polipropileno, puede requerir de arriba de 60. Enseguida la vibración incrementada o disminuida es transmitida al sonotrodo. El sonotrodo está diseñado para empatar el tamaño y la forma de la pieza y llevar la vibración a la pieza (ver figura 2.11). Figura2.11.vibracion de maquina de ultrasonido. Fuente: Boletín de Induma.biz. 42 CAPITULO III APLICACIÓN DE GEOMEMBRANA DE HDPE EN PROYECTOS DE MINERIA DE PETROLEO Y GAS EN LA REGION DE MAGALLANES Y ANTARTICA CHILENA 3.1. PROYECTOS EN DONDE SE UTILIZA GEOMEMBRANA DE HDPE 3.1.1. PROYECTO: Desarrollo del pozo Alakaluf A-10 TIPO DE PROYECTO: Proyectos de desarrollo minero de petróleo y gas. 43 UBICACIÓN GEOGRAFICA: El proyecto se encuentra dentro del denominado Bloque Fell ubicado en la Comuna de San Gregorio, Provincia de Magallanes, XII Región de Magallanes y Antártica Chilena, distante a unos 170 km al norte de la Ciudad de Punta Arenas (ver figura 3.1). Figura3.1. Ubicación general del área de emplazamiento del proyecto. Sistema de coordenadas UTM WGS 1984. Fuente: SEIA sistema de evaluación de impacto ambiental. Geopark proyecta la perforación del pozo Alakaluf A-10. En el área de perforación se construirá una plataforma de perforación, una fosa de drenaje y un pretil de protección para la antorcha de descarga de gas y además el camino de acceso para la plataforma de perforación del pozo Alakaluf A-10. 3.1.1.1. Descripción del proyecto 44 Perforación o sondeo En términos generales el proceso de perforación consiste en un sondeo profundo en el subsuelo realizado mediante una perforación rotatoria que atraviesa entre 30 y 50 cm de suelo asociado a la cubierta vegetal y un subsuelo normalmente constituido por 1.20 a 1.50 m de ripio, unos 50 a 80 m de relleno fluvial y arcilla y alrededor de 2450 m de estratos rocosos hasta alcanzar el objetivo de interés prospectivo. 3.1.1.2. Actividades de la perforación para Alakaluf A-10 en donde se aplicara geomembrana de polietileno de alta densidad. Fosa de lodo Corresponde al área especialmente diseñada para recepcionar los lodos de perforación del pozo. Las dimensiones de esta serán las siguientes: 20 x 25 x 3 m aproximadamente. En esta fosa no se contempla el vertido de otro tipo de residuos ni tampoco de hidrocarburos. Por otra parte, se considera impermeabilizar la fosa una cubierta de geomembrana de HDPE de 1.5 mm de espesor, soldada para impedir derrames y filtraciones con prueba de hermeticidad de las uniones. En cada oportunidad, de manera previa a la habilitación de la fosa de lodos, se revisarán las paredes y el fondo de ésta, con el fin de retirar rocas de forma irregular que puedan eventualmente dañar la geomembrana y provocar infiltraciones. Fluidos de perforación 45 El lodo de perforación es una suspensión coloidal en base a agua dulce constituida principalmente por una fase liquida agua y algunos componentes que le otorgan ciertas propiedades físicas necesarias a la perforación, tales como: viscosidad, tixotropía, densidad, características de inhibición respecto de arcillas que se encuentren presentes en las capas atravesadas, etc. Del volumen total del lodo utilizado durante la perforación el 40% es reemplazado por lodo nuevo. Del 60% restante una tercera parte queda definitivamente en el pozo y el resto almacenado en los estanques del equipo para su reutilización en otro sondeo. El volumen de cuttings5 extraído, conjuntamente con el lodo de perforación reemplazado, conforman afluentes del proceso, todos los cuales son manejados y confinados en la fosa de lodo. Línea de flujo Si durante la etapa de prueba del pozo Alakaluf A-10, resulta ser técnica y económicamente productor continuo, con presencia de la fase gaseosa, entonces, será necesaria la conexión de una línea de flujo de 131 m de longitud. Los fluidos del pozo, dependiendo de la presión de operación, podrán ser conducidos secuencialmente hasta un separador bifásico instalado en la plataforma del pozo. La función del separador bifásico es separar la corriente liquida de la del gas, asociado a alguna presión de etapa (presión de captación de los fluidos del pozo). Los líquidos son retirados por la parte baja del equipo y la fase gaseosa, se retira por la parte alta del mismo. 5 Componentes sólidos inertes que corresponden a los recortes rocosos resultantes de la perforación. 46 Los líquidos separados, son almacenados en un estanque de almacenamiento de 100 m3 de capacidad, el cual se instalará en la misma locación del pozo, además se encontrará al interior de un compartimiento estanco, denominado pretil de contención. Dicho pretil, tendrá la capacidad de contener el volumen total del estanque en caso de derrame de producto, ya sea por rotura fortuita o por falla operacional. El pretil tendrá la capacidad de contener todos los elementos propios del estanque, como válvulas, manto, suelo, escotillas, etc. Y estará revestido con una geomembrana impermeable de HDPE de a lo menos 1 mm de espesor que en caso de derrame, evitara el contacto del hidrocarburo con el suelo. Abandono de fosa con residuos sólidos Dado que las fosas estarán impermeabilizadas por una geomembrana de HDPE, en la etapa de abandono se procederá a envolver el contenido de la fosa con la misma geomembrana a modo de sobre para luego, ser neutralizada con aditivos. En este contexto, el suelo no entra en contacto con el material residual proveniente del pozo, libre de hidrocarburos. Las fosas serán en su etapa de cierre, selladas (termo soldado) y posteriormente se cubrirá con el mismo material que se extrajo del área, quedando confinada en la subsuperficie un material estéril no peligroso. Cabe mencionar que esta es una medida que se utiliza siempre en proyectos de este tipo. Una vez concluida la perforación, la fosa será cubierta con una capa de material de relleno, para finalmente restablecer la cubierta vegetal, la cual permaneció en resguardo a orillas de la misma locación durante las actividades de perforación. 3.1.1.3. Plan de emergencia y contingencia ante derrames con aplicación de geomembrana de polietileno de alta densidad. Producción Bloque Fell 47 El objetivo de este plan es definir y establecer un procedimiento que regule la correcta actuación ante derrames de hidrocarburos en las instalaciones de Producción Geopark Chile Limited, con el fin de evitar y minimizar todo impacto ambiental y de ser necesario, repararlo de forma responsable y oportuna. Uno de los procedimientos cuando sucede un derrame en tierra, es detener el esparcimiento del mismo lo mas cerca posible de la fuente del derrame y realizar una evaluación detallada de la situación antes de comenzar las labores de limpieza que permitan determinar el destino de la mancha de petróleo en lo referente a su extensión superficial, su infiltración en el suelo y las posibilidades de contaminación de cuerpos de agua. El método más utilizado para interceptar el movimiento horizontal del petróleo en el subsuelo es la construcción de zanjas en su trayectoria. Dependiendo de la profundidad de la zanja se colocan soportes a los lados, preferiblemente entablado vertical o recubrimiento de las paredes con geomembrana de HDPE para evitar que el petróleo contamine las áreas vecinas y penetre en las capas del sustrato. 3.1.2. PROYECTO: Perforación de pozo Exploratorio palenque Este D. TIPO DE PROYECTO: Proyectos de desarrollo minero de petróleo y gas. UBICACIÓN GEOGRAFICA: Este proyecto exploratorio se realizará en la comuna de San Gregorio, Provincia de Magallanes, región de Magallanes y la Antártica Chilena (ver figura 3.2). 48 El pozo de exploración Palenque Este D, considera la construcción de una plataforma (Explanada de perforación) de 120 x 120 m, un camino, una fosa de lodos, un ante pozo y un pretil para la instalación de una antorcha. En la plataforma se ubicarán las instalaciones que conforman el equipo de perforación, las cuales serán retiradas una vez finalizadas las actividades respectivas del pozo. Figura 3.2. Ubicación del proyecto “Perforación del Pozo Exploratorio Palenque Este D”. Fuente: SEIA sistema de evaluación de impacto ambiental. 3.1.2.1. Descripción del proyecto Perforación o sondeo piloto 49 En términos generales, consiste en un sondeo profundo del subsuelo. Esto se realiza mediante la perforación rotatoria de tipo vertical, la cual atraviesa de 30 a 50 cm de suelo y está asociado a la cubierta vegetal, donde el subsuelo está constituido normalmente por 1,20 a 1,50 m de ripio, unos 50 a 70 m de relleno fluvial y arcilla y alrededor de 1.800 m de estratos rocosos. 3.1.2.2. Actividades de la perforación para Perforación de pozo Exploratorio palenque Este D, en donde se aplicará geomembrana de polietileno de alta densidad. Fosa de lodo Corresponde al área especialmente diseñada par a recepcionar los residuos sólidos (recortes de cuttings) como líquidos remanentes del pozo durante la etapa de perforación. El equipo por el cual se realiza el circuito del lodo, descarga mediante una zaranda los sólidos a la fosa, se debe considerar que con los cuttings (recortes sólidos) se generan entre 5 a 10 bbls/día de lodo aproximadamente. Las dimensiones de la fosa de lodos tendrán una dimensión de 30 x 20 y 2,5 m (como muestra la figura 3.3). 50 Figura 3.3. Dimensiones Fosa de Lodos. Fuente: SEIA sistema de evaluación de impacto ambiental. Por otra parte, se considera impermeabilizar las fosas con una geomembrana HDPE (High Density PolyEthylene) entre 0,75 mm a 1,0 mm de espesor, para impedir filtraciones, con prueba de hermeticidad de las uniones que irán soldadas. Fluidos de perforación Los fluidos de perforación (lodos de perforación) serán reutilizados de una fase a otra, constituyendo un circuito cerrado que no tiene grandes descargas, solo una mínima parte del lodo de perforación es depositado en las fosas junto con el cutting (5 a 10 bbl/día), debido a que el volumen principal del lodo de perforación se recepciona en los estanques de lodo de superficie para su reutilización. A través del proyecto no se generarán descargas de efluentes líquidos, sólo se utilizará lodo de perforación, el cual es biodegradable y su viscosidad y densidad se maneja en base de agua y aditivos. El lodo está compuesto principalmente por arcillas zeolitas, cuya característica lo hace inocuo frente a cualquier riesgo de contaminación en el entorno o en el interior del pozo, más aún, considerando las características de sello o hermeticidad explicadas que producen un confinamiento total de los sectores, sin riesgo de una eventual contaminación. Finalmente, la fracción sobrante de lodo 51 preparado, terminada la perforación, se almacena en estanques existentes en el equipo, y especialmente destinados, para su posterior reutilización en el próximo pozo. 3.1.3. PROYECTO: Perforación de Pozo Exploratorio Las Vegas K, del Bloque Arenal. TIPO DE PROYECTO: Proyectos de desarrollo minero de petróleo y gas. UBICACIÓN GEOGRAFICA: El ingreso al pozo Las Vegas K, se efectúa mediante la Ruta internacional 257CH (Kiri.- Aike) – Cullen – P. San Sebastián, de la provincia de Tierra del Fuego, desde donde se debe ingresar a un camino vecinal perteneciente a la estancia “Ida Irene”, a partir de donde se accede al pozo Chañarcillo 38, de propiedad de ENAP Magallanes. Desde este último punto se debe continuar el avance hacia el Este, pasando por el costado de la estancia antes mencionada. Finalmente, para llegar al área de emplazamiento del proyecto, es necesario pasar por una alambrada que demarca el límite predial de la estancia “Juanita” del señor Gutiérrez Varillas, donde se encuentran emplazados tanto la plataforma de perforación, como el trazado proyectado para el camino de acceso al pozo Las vegas K (ver figura 3.4). 52 Figura 3.4. Accesos al área de emplazamiento del proyecto. Fuente: SEIA sistema de evaluación de impacto ambiental. El proyecto contempla dentro de sus fases los siguientes componentes: camino de acceso, plataforma de perforación, ante pozo, fosa de lodos, fosa antorcha, equipo de perforación y unidades de apoyo. Siendo todas estas actividades y construcciones destinadas para los efectos de perforación del pozo Las Vegas K, con el propósito de recuperar las reservas de hidrocarburos contenidas en el reservorio. 3.1.3.1. Descripción del proyecto La etapa de perforación se inicia con la perforación rotatoria de tipo vertical, la cual se realizará hasta alcanzar una profundidad estimada de 1.700 m, dependiendo de las características geológicas del sector y de la disponibilidad de los hidrocarburos en el sitio de exploración. Una vez que se ha iniciado la perforación se contempla comenzar de forma inmediata con el revestimiento del pozo con tuberías de acero a diferentes profundidades (en forma telescópica o escalonada) y cementar su espacio anular, para producir un sello entre las formaciones perforadas y la tubería de revestimiento. De esta manera se contará con dos capas de protección y de aislación frente a los posibles acuíferos a nivel freático a atravesar. Perforación del Pozo 53 El proceso de perforación incluye diferentes componentes y/o unidades, dentro de ellos tenemos: • Perforación • Lodo de Perforación • Proceso de Cementación • Fosa de Lodos • Sistema de Tratamiento de Aguas Dewatering • Fosa Antorcha • Campamento Temporal 3.1.3.2. Actividades de la perforación del Pozo Exploratorio Las Vegas K en donde se aplicará geomembrana de polietileno de alta densidad. Fosa de lodos Es el área especialmente diseñada para recepcionar los lodos, producto de la perforación (recortes de cutting), dentro de sus principales características se tienen: • Dos áreas de depositación, una para el agua y otra para los lodos. • Área depositación de agua: largo 10 m, ancho 4,06 m y alto 4 m. • Área de depositación de lodos: largo 10m, ancho 5,05 m y alto 4 m. • Impermeabilización con geomembrana de HDPE que varía entre 0,75 a 1 mm de espesor. • Base de arcilla, libre de rocas para evitar daños a la geomembrana de HDPE 54 • Pretiles de seguridad para evitar el ingreso de aguas lluvias. La construcción de la fosa de lodos considera en una primera etapa la extracción de material, el cual se deposita contiguo. Posteriormente se procederá al compactado del terreno y aplicará una capa de arena fina para aislación de la geomembrana, finalmente se revisará que no se presenten piedras, rocas u otro material que pudiera dañar el HDPE a instalar. Posteriormente se instala la geomembrana de 0,75 a 1 mm de espesor de HDPE, la cual cubrirá toda el área donde se depositará lodo de perforación y el agua. Las uniones se unirán a través de termosoldadura y finalmente se realizarán las respectivas pruebas a las junturas para corroborar que no se presenten filtraciones al suelo. El lodo circulará en el pozo en un circuito cerrado, y descargará mediante zaranda a la fosa de lodos, la cual se encontrará impermeabilizada con una geomembrana HDPE entre 0,75 mm a 1,0 mm de espesor, la cual tiene como función evitar las infiltraciones. Como se señaló anteriormente la geomembrana fue soldada en las uniones y posteriormente se realizaron pruebas de hermeticidad (ver figura 3.5). El líquido remanente de la etapa de perforación, será sometido a tratamiento mediante el proceso de Dewatering el cual se explica posteriormente. Los volúmenes de lodo y agua son distintos para cada pozo, y esto varía según las condiciones que genere la profundidad de la perforación. Se estima una generación de los recortes de los estratos rocosos (cuttings), entre 70 a 80 m 3, estos sólidos son transportados desde la profundidad a la superficie por medio del denominado lodo de perforación. Se destaca que en la fosa de lodos existirán dos confinamientos uno para el lodo y otro para el agua. En la fosa de lodos, gracias al tratamiento de la planta 55 Dewatering, precipitarán los sólidos, separándose en dos fases (sólidos/líquidos). El sobrenadante o fase líquida será trasladada a la fosa de líquidos para su posterior aprovechamiento. Figura 3.5. Características Fosa de Lodos y Fosa para el Agua. Fuente: SEIA sistema de evaluación de impacto ambiental. Por procedimientos de seguridad preventivos, la fosa no deberá superar el 75% del margen de seguridad de diseño para los líquidos contenidos en ella, con esto se asegura la no ocurrencia de rebases. Durante la etapa de perforación se realizará un monitoreo continuo, ya que la fosa constituye una parte fundamental del proceso, como se ha señalado. Para el caso del ingreso de aguas lluvias a la fosa se llevará un control diario del volumen de esta, con el fin de disminuir el riesgo de rebase de líquidos. 56 Para evitar los rebases se contará con estanques adicionales de emergencia y bombas para que los riesgos por efectos de abundantes lluvias sean contenidas a la brevedad. Al término de actividades de perforación, se efectuará un plan de vigilancia de los niveles de agua de la fosa en épocas de lluvias abundantes, y así evitar eventuales rebases hacia el exterior del pretil. Planta Dewatering o Deshidratador de Lodos Corresponde a una serie de unidades que serán instaladas en el sitio de perforación, dentro de las cuales se considera una bomba centrífuga para la recirculación de fluidos, bomba de inyección de productos para el tratamiento de las aguas y estanques de almacenamiento. Estas tienen como función tratar el agua del proceso de perforación, deshidratar y coagular el lodo de perforación para que al momento de depositarlo en la fosa presente una baja concentración de agua y de esta manera acelerar su decantación, así contar con un producto separado por fases (lodo/agua), para su posterior manejo. Lodo de Perforación En todo este proceso, en lo que se refiere a facilitar las operaciones y la seguridad del sondeo, las funciones que cumplen el lodo de perforación, además de remover y extraer los cuttings, comprende fundamentalmente: • Confinar y controlar las presiones de subsuperficie. • Lubricar la herramienta de perforación. 57 • Cubrir y sellar la pared del pozo con un revoque impermeable para impedir la invasión de los fluidos hacia otros estratos y los posibles acuíferos. Además de mantener la estabilidad de sello de la pared del pozo. Es importante señalar que los lodos de perforación serán reutilizados de una fase a otra, constituyendo un circuito cerrado que no tiene descargas. Sólo una mínima parte del lodo de perforación es depositado en las fosas junto con el cutting (5 a 10 bbl/día), debido a que el volumen principal del lodo de perforación se recepciona en los estanques de lodo de superficie para su reutilización. 3.1.3.3. Plan de manejo residuos y chatarras empetroladas La necesidad de establecer un Plan de manejo de residuos sólidos y chatarra metálica empetrolada y no empetrolada para ENAP Magallanes, es y será considerada como una de las prioridades medioambientales en el desarrollo de las actividades operacionales de la empresa; hoy, en el saneamiento de la herencia ambiental, mañana, a través de la incorporación de estas prácticas como procedimientos básicos e indispensables para el desarrollo normal en las operaciones de la empresa. Dentro del desarrollo de este plan se han considerado las etapas de manejo, transporte y disposición temporal de residuos, en lugares que ya cuentan con las aprobaciones y autorizaciones correspondientes por parte de la Autoridad. Tabla 3.1. Ubicación en lugares de acopio de chatarra empetrolada. Fuente: SEIA sistema de evaluación de impacto ambiental. Sitio Planchada Cullen 19 Tipo residuos Chatarra empetrolada Comuna Primavera Estado Construcción de sitio con Patio chatarra Posesión Chatarra empetrolada San Gregorio geomembrana Construcción de sitio con geomembrana 58 Cullen (Pileta de Acopio Temp. de Residuos Líquidos empetrolados) Daniel Riles proveniente del proceso de limpieza. Primavera Existe Pileta de Acopio Temp. de Residuos Líquidos Empetrolados San Gregorio Existe Descripción del proceso de limpieza, acopio y disposición temporal. Recolección y Transporte: Los residuos sólidos empetrolados, tales como, suelos empetrolados, borras, lodos superficiales, etc., serán recogidos en tambores metálicos para transportarlos y ser depositados dentro de las fosas aledañas al sector, fosas que se encuentran en consideración de saneamiento. Las tuberías catastradas, alrededor de 1.400 Ton., que se encuentren o no contaminadas con crudo serán transportadas a los sitios de almacenamiento temporal con geomembrana en donde serán sometidos a un proceso y/o tratamiento de limpieza, las que lo requieran obviamente, de forma tal que permitan su almacenamiento en un lugar de acopio temporal de chatarras. Limpieza: Para el caso de la chatarra y tuberías contaminadas, se le aplicará un tratamiento de limpieza con vapor, en donde los residuos líquidos generados durante este proceso se depositarán dentro de las piletas de acopio temporal de Líquidos empetrolados, las cuales cuentan con las debidas autorizaciones ambientales (ver figura 3.6). 59 En el siguiente esquema se establece en modo operación para la recolección. A lugar de acopio temporal de tuberías empetroladas y no empetroladas. A interior de fosas. A interior de fosas. Figura 3.6. Recolección residuos empetrolados y no empetrolados. Fuente: SEIA sistema de evaluación de impacto ambiental. 60 3.1.4. DESCRIPCIÓN GENERAL DE UNA PILETA DE ACOPIO TEMPORAL DE RESIDUOS SÓLIDOS EMPETROLADOS Pileta Acopio Temporal reacondicionada en Posesión Locación: se encuentra ubicada en el continente, en el área de Posesión. La fosa está ubicada a más de 1.000m del sector industrial de Posesión y no existe campamento poblacional ni cursos de agua en el área. Dimensiones: Largo 49mt, ancho 24m y profundidad 5,6m. Tipo de Geomembrana: Membrana HDPE Volumen: capacidad máxima 4.393 m3, capacidad margen de seguridad de rebase de 3.600m3. Accesorios de seguridad: cerco de cierre perimetral con malla de protección de acceso para animales menores, portón de acceso controlado, espanta pájaros estroboscopio solar, rampas de hormigón para descarga de residuos, topes de seguridad para vehículos, letreros de restricción de acceso etc. Uso: acopio temporal de residuos sólidos empetrolados. Corresponde mayormente a ripios, tierras y arcillas con hidrocarburos que provienen del fondo de fosas que se limpien o de residuos que provienen del proceso de limpieza de suelos afectados por derrames de hidrocarburos. También se contempla el acopio clasificado de desechos industriales empetrolados, provenientes de la limpieza de las fosas de pasivos ambientales, como ser latones, tambores, maderas, estrobos etc. Recuperación y/o tratamiento de residuos acopiados: se está trabajando con asesores externos aspectos técnicos de métodos para tratar los sólidos empetrolados. 61 Algunos de ellos son la estabilización, inertización, bioremediación ex situ, etc. El acopio de cantidades consolidadas es importante para lograr una reducción de economía a escala en el proceso de tratamiento y disposición final. 3.1.4.1. Aplicación de geomembrana de HDPE Con el fin de evitar impactos en los componentes ambientales del sector, debido a la ocurrencia de un derrame, el estanque cuenta con un pretil de contención impermeabilizado, el cual está diseñado para contener el volumen total del estanque. Dicho pretil posee una longitud de 12 m de largo por cada lado y una altura de 2 m. El estanque soldado, construido en acero, con una capacidad neta de 294 m3 se encuentra sobre una membrana de HDPE y sobre ella gravilla. 62 CAPITULO IV ANALISIS COMPARATIVO ENTRE GEOMEMBRANAS DE HDPE, PVC, LPDE Y LLPDE 63 Son muchos los tipos de geomembranas que se encuentran disponibles en el mercado, los términos y descripciones de cada una de ellas es de acuerdo a los polímeros que la componen. Entre las geomembranas mas usadas en la construcción tenemos: • Geomembrana de HDPE • Geomembrana de PVC6 • Geomembrana de LLDPE7 • Geomembrana de LDPE8 4.1. Geomembrana HDPE 4.1.1. Características: • Excelente técnica de soldadura entre ellas. Unión con equipos de soldadura por fusión o de cuña caliente y soldadura por extrusión o aporte de material. • Especiales características físico-químicas que las hacen resistentes a las condiciones climáticas extremas de la intemperie. • La constituye un 97% de resina y el resto es negro humo (2%-3% como estabilizante ante la luz solar y un mínimo de lubricantes para el proceso de extrusión. • Alta densidad, mayor de 0.934 gr/cm3. • Tiene un 70% de cristanilidad. • Al incremento de cristanilidad se obtiene: -incremento a la rigidez o dureza. 6 Cloruro de Polivinilo Linear Low Density Polyethylene 8 Low Density Polyethylene 7 64 -incremento de la resistencia al calor. -incremento de la resistencia a la tracción. -incremento de módulos. -incremento de la resistencia química. -disminución de la permeabilidad. -disminución de la elongación. -disminución de la flexibilidad. -disminución de la resistencia al impacto. • Tendencia a la ruptura bajo esfuerzo (en forma quebradiza). • No son compatibles con el benceno y solución negra (efluente derivado de ciertos procesos utilizados en la industria del papel). • Poca resistencia a la punción. • Disponibles en espesores de 0.5-2.5 mm con un ancho máximo de 8 m y largos según requerimientos. • Disponibles en superficie lisa y/o texturizada. 4.1.2. Ventajas en el uso de la Geomembrana de HDPE • La principal ventaja de las geomembranas de HDPE es su mejor resistencia química, los hidrocarbonos y solventes ya que presenta buen comportamiento a la agresión química, debido a su alta cristalinidad. 65 • Podemos decir, por tanto que el polietileno de alta densidad resiste bien al: agua, ácidos, sales inorgánicas, ácidos orgánicos, alcoholes, éteres, hidrocarburos, acetonas, gases y aceites. • Son muy conocidas por su resistencia al tiempo y a los rayos UV, esta resistencia se ve incrementada al añadir el carbón negro, factores que contribuyen a su reputación de larga durabilidad. Estos forros tiene flexibilidad “natural” que se acomoda al subsuelo, sin tener que usar plastificantes que se puedan lixiviar al ser expuestos a la luz del sol, la tierra, y los químicos del abono como son el nitrato, amonia y contenido de ácido fosforito. Debido a que estas sustancias son altamente corrosivas al concreto, las geomembranas de HDPE proveen una solución de larga duración, mayor durabilidad y mas económica. • Resistente a la acción de bacterias, termitas, roedores y raíces. • Permite un mejor control de calidad a las uniones por soldadura. • No contienen plastificantes que podrían migrar, causando un envejecimiento prematuro de la membrana o contaminar el agua potable que contenga el recipiente o reservorio impermeabilizado. • El HDPE es el material mas usado para el revestimiento en depósitos de desechos sólidos de minas, rellenos sanitarios, piscinas de lixiviados, recubrimientos de canales, lagunas de oxidación, recubrimientos para reservas de agua, recubrimiento para material radiactivo o desperdicios líquidos peligrosos, recubrimiento para tanques de almacenamiento bajo tierra y recubrimiento para espejos solares. • Alcanza mayor duración que otros polímeros cuando se encuentran expuestos a condiciones ambientales, rayos UV y ataque químico. 66 4.2. Geomembrana PVC 4.2.1. Características: • Compuesta de PVC virgen 100%, plastificantes, aditivos importados de primera calidad (tales como anti UV y para resistir derivados del petróleo) y fillers en distintas proporciones dependiendo de su uso. • Posee alta flexibilidad multiaxial que le permite acomodarse a la superficie de apoyo incluso en asentamientos diferenciales importantes. • Mantiene sus propiedades constantes en un alto rango de temperatura. • Su densidad es de 1.42 gr/cm3 y punto de fusión de 60°C. • Poca resistencia contra la radiación UV. • Tiene un 30% de cristanilidad. • Susceptible a la migración del plastificante. • Unión con equipos de soldadura por cuña caliente y soldadura por fusión química. • No son compatibles con el benceno. • Excelente resistencia a la solución negra (efluente derivado de ciertos procesos utilizados en la industria del papel). • Resistentes a la punción y abrasión. • Resistentes a los inorgánicos. • Fácil de soldar y reparar. • Poca resistencia a orgánicos. • Auto extinguible. • Se fabrican con refuerzo textil o sin refuerzo. 67 4.2.2. Ventajas en el uso de Geomembrana de PVC • Una de las ventajas de estas geomembranas es que dado su bajo modulo y alta flexibilidad es capaz de resistir mejor los asentamientos diferenciales que son en algunas instancias la causa de falla, en consecuencia se acomoda fácilmente a la superficie del terreno a impermeabilizar. • El PVC puede resistir excesos de deformación de hasta 100% antes romperse, y con ello su mayor resistencia a la tracción. • El PVC tiene menor coeficiente de expansión térmica y su alta elongación (superior al 400%) le permite un mejor rendimiento en terreno ya que estas geomembranas muestran arrugas más pequeñas debido al mayor esfuerzo en la interfaz. • Menor costo y duración de la instalación en terreno ya que las geomembranas de PVC tienen posibilidades de pre soldado por lo que pueden ser abastecidas en grandes paneles de hasta 1000 m2. • Con ellas se impermeabilizan lagos, piscinas de tratamiento de aguas residuales, piscinas de lodos petroleros, protección de suelo en rellenos sanitarios, presas, tapas flotantes, lagunas de oxidación, túneles, canales, terrazas, protección del nivel freático en sótanos. • Membranas con aditivos importantes para retardar la combustión en aplicación donde se requiera materiales de construcción con flamabilidad controlada. 4.3. Geomembrana de LLDPE 4.3.1. Características: • Flexibilidad elastómera. • Buena resistencia tensil y al punzonado. 68 • Resistente al ataque de agentes químicos y rayos ultravioleta (UV con 2%-3% de negro humo). • Presentan inmejorables propiedades mecánicas. • Disponibles en superficies lisas y/o texturizadas en espesores de 0.3-2.5 mm y 12.5 mm, respectivamente con un ancho máximo de 8-13.5 m. • Excelente resistencia a la fricción (geomembrana texturizada). • Unión con equipos de soldadura por fusión o de cuña caliente y soldadura por extrusión o aporte de material. 4.3.2. Ventajas en el uso de Geomembrana de LLDPE • La geomembrana de polietileno lineal de baja densidad presentan una elongación uniaxial y multiaxial siendo muy útil en aplicaciones de impermeabilización de túneles, sellados de vertederos, balsas de agua en terrenos conflictivos con riesgo de movimientos del soporte. • Toma forma y se adhiere a las paredes pronunciadas. • Resistentes a productos químicos tales como ácidos, sales, alcoholes, aceites e hidrocarburos. • A diferencia de la geomembrana de LDPE resiste mejor las agresiones químicas y así mismo se mejora su resistencia mecánica. 4.4. Geomembrana de LDPE 4.4.1. Características: • Son flexibles y livianas. • Inertes al contenido. • Impermeables. • Bajo costo. 69 • Lisa por ambas caras. • Resistentes a rayos UV garantizando una larga duración. • Fabricadas con resinas vírgenes de polietileno y aditivos UV. • Disponibles en espesor de 0.2 mm y anchos de 6, 8,10 y 12 m en largos según requerimiento. 4.4.2. Ventajas en el uso de Geomembrana de LDPE • Geomembranas de polietileno de baja densidad están diseñadas para revestimiento de tanques reservorios, canales, embalses, estanques para peces, entre otros. • Resistentes a una amplia gama de productos tales como ácidos, sales, alcoholes, aceites e hidrocarburos, pudiendo estos actuar concentrados y/o diluidos sin ocasionar deterioro del material. TABLA 4.1. CARACTERISTICAS DE GEOMEMBRANAS DE POLIETILENO. Fuente: Aguamarket. Características LDPE HDPE LLDPE Grado de cristalinidad [%] 40 hasta 50 60 hasta 80 30 hasta 40 Densidad [g/cm³] 0,915 hasta 0,935 0,94 hasta 0,97 0.90 hasta 0.93 Módulo [N/mm²] a 52215°C ~130 ~1000 - Temperatura de fusión [°C] 105 hasta 110 130 hasta 135 121 hasta 125 estabilidad química buena excelente buena Esfuerzo de ruptura [N/mm²] 8,0-10 20,0-30,0 10,0-30,0 Elongación a ruptura [%] 20 12 16 Módulo elástico E [N/mm²] 200 -1 1000 - 2 * 10 2 * 10-4 80 100 - 110 140 - Coeficiente de expansión lineal [K ] 1.7 * 10 Temperatura máxima permisible [°C] Temperatura de reblandecimiento [°C] -4 -4 70 TABLA 4.2. CARACTERISTICAS DE GEOMEMBRANAS DE HDPE Y PVC. Fuente: Aguamarket. polímero Resina (%) Filler (%) Negro de humo o pigmentación (%) HDPE 96-97 0 2-3 0.5-1.0 0 PVC 55-60 0-5 1-5 2-3 25-35 Aditivos (%) Plastificante (%) TABLA 4.3. PRECIOS REFERENCIALES PARA GEOMEMBRANA DE HDPE9. ESPESOR (mm) 1.0 1.5 2.0 0.75 3.0 UNIDAD M2 M2 M2 M2 M2 VALOR NETO X M2 1508 + IVA 1987+ IVA 2730+ IVA 1010+ IVA 8909 + IVA ROLLO (m) 7.01x 310 7.01 x 210 7.01 x 155 7.01 x 410 6.86 x 85.276 VALOR ROLLO 3.277.034 + IVA 2.926.494 + IVA 2.966.790 + IVA 2.902.841 + IVA 5.212.325 + IVA 4.7.1. Valor total mano de obra-equipo-material de instalación de geomembrana HDPE10 Ejecución de impermeabilización 558 m2 en termofusión con membrana hdpe de 1,0 mm soldada con maquina twinny. 558 m2 membrana hdpe de 1,0 mm..............$ 841.464 Instalación de membrana hdpe.....................$ 780.000 Gastos operacionales...................................$ 120.000 Observaciones: Equipo de trabajo 2 personas 9 Precios referenciales de empresa aguamarket Precios referenciales de empresa aguamarket 10 71 Maquinas a utilizar: cuña twinny s marca leister certificada extrusora marca leister certificada triac s marca leister certificada Equipos de prueba: tensiómetro examo 600 f leister certificada spark tester (marca buckleys) certificada manómetro de presión para soldadura de canal de prueba certificada Equipo de seguridad para los trabajadores certificado Movilización camioneta con su kit certificado Equipo completo de instalación de geomembrana (escaleras, extensiones, clanes, etc.) Requerimientos para faena: 2 personas de apoyo para desplegar membrana hdpe (permanente) Precios no incluyen iva VALOR: 1.741.464 PESOS Ejecución de impermeabilización 558 m2 en termofusión con membrana hdpe de 0,75 mm soldada con maquina twinny. 558 m2 membrana hdpe de 0.75 mm............ $ 563.580 Instalación de membrana hdpe.....................$ 780.000 Gastos operacionales...................................$ 120.000 72 Observaciones: Equipo de trabajo2 personas Maquinas a utilizar: cuña twinny s marca leister certificada extrusora marca leister certificada triac s marca leister certificada Equipos de prueba: tensiómetro examo 600 f leister certificada spark tester (marca buckleys) certificada manómetro de presión para soldadura de canal de prueba certificada Equipo de seguridad para los trabajadores certificado Movilización camioneta con su kit certificado Equipo completo de instalación de geomembrana (escaleras, extensiones, clanes, etc.) Requerimientos para faena: 2 personas de apoyo para desplegar membrana hdpe (permanente) (se debe considerar 10% de merma por traslape, soldadura y pruebas de campo) Precios no incluyen iva VALOR: 1.463.580 PESOS 73 CONCLUSIONES Una vez finalizada la presente investigación, se obtuvo las siguientes conclusiones: Respecto a las propiedades físico-químicas, mecánicas y biológicas se puede concluir que: La geomembrana de polietileno de alta densidad es la mas apta en aplicación de contención de líquidos, residuos peligrosos, químicos y en aplicaciones a la intemperie por su contenido de negro humo 2-3%, que hace que el calor se disipe, logrando que esta resista al envejecimiento por la acción de la radiación ultravioleta, la variación de humedad, temperaturas y demás agentes externos. Con respecto a la combinación de Geocompuestos con geomembrana de alta densidad se puede concluir lo siguiente: La combinación de estos materiales tales como geotextil, GCL, geogrillas y geonet, aumentan la resistencia mecánica, la impermeabilización, así como también protegen a la geomembrana de rasgaduras o punzonamiento que puedan afectar su labor impermeabilizante. Además mantienen bajas las cargas hidráulicas sobre esta y mantienen estables los taludes. Conforme a los métodos de instalación de una geomembrana de polietileno se puede concluir que: El despliegue de esta debe ejecutarse en el sentido de máxima pendiente de la superficie, no aceptándose soldaduras horizontales en taludes. El traslape debe estar comprendido entre 7 cm y 15 cm. 74 La superficie debe ser lisa, es decir, sin elementos que puedan dañar a la geomembrana. Esta debe estar compactado igual o superior al 90% del Proctor Modificado En los anclajes de las geomembranas se utiliza para estructura de tierra una zanja perimetral excavada en el terreno y rellena con el mismo material y en los de hormigón se utiliza perfiles de polietileno que se instalan durante la colocación del hormigón. De acuerdo a los métodos de unión se concluye que: Existen dos métodos principales, con soldadura por termofusión utilizada para unir largos tramos en forma continua y soldadura por extrusión utilizada para unir detalles, parches y uniones especiales. La soldadura por termofusión consiste en lograr dos líneas de soldadura paralelas separadas por un área libre denominada “canal de aire” a través de una máquina autopropulsada. La soldadura por extrusión consiste en expeler a través de la boquilla de la máquina soldadora un flujo de aire caliente preparando las superficies para su perfecta adherencia con el cordón de soldadura aportado por ésta. Respecto al control de calidad en las uniones soldadas se concluye que: Existen dos ensayos destructivos y no destructivos. Las pruebas destructivas consisten en extraer una muestra, ubicada a cada 150 m lineales sobre las soldaduras ejecutadas por termofusión, así como en amarre de geomembrana, para someterlas al tensiómetro, y las pruebas no destructivas consisten en preparar una muestra independiente de los trabajos realizados en campo, para posteriormente someterla a la prueba del tensiómetro. 75 Con respecto a los proyectos en Magallanes con aplicación de geomembrana de polietileno de alta densidad se puede concluir que: La geomembrana de HDPE ha sido la opción más eficiente en soluciones de revestimiento como elemento impermeable, para la contención de líquidos o fluidos, por su versatilidad y sus propiedades químicas y físicas, así como también para normativas de impacto ambiental que en los últimos años se ha creado para regular el uso y manejo de los recursos naturales. Con respecto a la comparación entre otras membranas impermeabilizantes se llegó a la siguiente conclusión: La selección del material correcto de la geomembrana o la combinación de estos, es de importancia critica e incluye la consideración de condiciones climáticas, exposición ultravioleta, estabilidad del substrato, la sustancia que es contenida, y la vida de servicio requerida. Otras consideraciones tales como localización del proyecto, condiciones del sitio, circunstancia de la instalación del campo y área también necesitan ser consideradas. Por lo que el que ha de tomar la decisión de elección del tipo de membrana a emplear debe tener en claro las propiedades y el comportamiento de cada una de ellas. Finalmente, con respecto a rendimientos y costos se concluye que: Estos varían de acuerdo a los espesores de la geomembranas, es decir, cuanto mayor es el espesor de la geomembrana, mayor es el costo por m 2, siendo las mas utilizadas las geomembranas con espesor de 1.5 mm. En cuanto al costo de mano de obra, herramientas y maquinaria en la instalación de la geomembrana de HDPE, es compensado en la duración de ésta a través del tiempo y la rapidez de ejecución en obra. 76 BIBLIOGRAFIA • Manual de geomembranas. Disponible en internet: http://www.aquaprufsa.com/main.htm (Accesado en: Enero 24, 2011) • Búsqueda de proyectos. Disponible en internet: https://www.e-seia.cl/busqueda/buscarProyecto.php (Accesado en: Enero 24, 2011) • Propiedades Geomembrana HDPE. Disponible en internet: https://www.e-seia.cl/archivos/Ax_4_Ficha_de_datos_Geomembrana.pdf. (Accesado en: Enero 24, 2001) • Procedimiento de instalación geomembrana hdpe. Disponible en internet: http://www.e-seia.cl/archivos/cdf_Anexo_9.pdf (Accesado en: Enero 24, 2011) • Manual de geosintéticos. Disponible en internet: http://www.geomembranas.com.co/index.php?class=geosinteticos.php#hdpe. (Accesado en: Enero 24, 2011) 77 • Información geomembrana hdpe. Disponible en internet: http://www.emin.cl/index.asp?CategoriaId=3_30_31. (Accesado en: Enero 24, 2011) • Protección de hormigones. Disponible en internet: http://www.emin.cl/index.asp?CategoriaId=3_30_32. (Accesado en: Enero 24, 2011) • Tipos de geomembranas existentes en el mercado actual. Disponible en internet: http://www.quiminet.com/ar8/ar_vcdzgthgsAbcBu-los-tipos-degeomembranas.htm. (Accesado en: Enero 24, 2011) • Polímeros - Polietilenos. Disponible en internet: http.//www.cabierta.uchile.cl/revista/26/articulos/pdf/paper6.pdf. (Accesado en: Enero 24, 2011) • Propiedades geomembranas de polietileno. Disponible en internet: http://aguamarket.blogspot.com/2009/06/propiedades-de-las-geomembranas-dehdpe.html. (Accesado en: Enero 24, 2011) 78 • Impermeabilización de estanques con geomembrana hdpe. Disponible en internet. http://www.georoofing.com/index.php? option=content&pcontent=1&task=view&id=6&Itemid=71&-Geomembranas. (Accesado en: Enero 24, 2011) • Geotextiles. Disponible en internet: http://www.marienco.com/doc/Introduccion%20Geostextiles.pdf (Accesado en: Enero 24, 2011) • Soldado de plástico por ultrasonidos. Disponible en internet: http://www.induma.biz/boletines/noviembre.pdf (Accesado en: Enero 24, 2011) • Catalogo de medidas de geomembranas de hdpe. Disponible en internet: http://www.plastecnia.cl/conten/fab_propia/fab_prop08.html (Accesado en: Enero 24, 2011) • Proceso de instalación de geomembrana de hdpe. Disponible en internet: http://www.mlingenieria.com/eng/pdf/geomembrana/proced_instal_hdpe.pdf (Accesado en: Enero 24, 2011) 79 • Ensayos de compactación. Disponible en internet: http://www2.ing.puc.cl/~ingeot/ice1603/lab5/lab5.htm (Accesado en: Enero 24, 2011) • Proceso instalación geomembrana en vertederos. Disponible en internet: http://www.aristegui.info/.../Protocolo_de_Instalacion_de_Geomembrana_PEAD_ en_Embalses_y_Vertederos.pdf (Accesado en: Enero 24, 2011) • Propiedades geomembranas de polietileno y pvc. Disponible en internet: http://www.georoofing.com/index.php? option=content&pcontent=1&task=view&id=6&Itemid=71&-Geomembranas (Accesado en: Enero 24, 2011) • Cotizaciones. Disponible en internet: http://www.aguamarket.com/sql/cotizacionesAM/cotizaciones.asp (Accesado en: Enero 24, 2011) 80 ANEXOS 81 ANEXO 1 Pruebas de compactación. Tabla de compactación del suelo-método Proctor con condiciones variables. Método N Proctor Tamaño Volumen Pisón Nº Altura Nº Energía molde molde (kg) Capas caída Golpes compact. (cm) (cm) (cm) / volumen ESTÁNDAR 1 11.64*10.16 943.33 2.49 3 30.48 25 (kg*m/m3) 60.500 ESTÁNDAR 2 11.64*15.24 2123.03 2.49 3 30.48 55 60.500 MODIFICADO 3 11.64*10.16 943.33 2.49 5 45.72 25 275.275 MODIFICADO 4 11.64*15.24 2123.03 2.49 5 45.72 55 275.275 15 GOLPES 5 11.64*10.16 943.33 2.49 3 30.48 15 36.400 Los métodos 1 y 3 se emplean con suelos que tienen un alto % de partículas bajo la malla #4 = 4.76 mm, un buen criterio es considerar 80% en peso como mínimo. Los métodos 2 y 4 se emplean con suelos que tienen un % importante de partículas mayores a la malla #4 y menores que ¾. 82 ANEXO 2 ESQUEMA BASICO PERFORACION DE POZO 83 ANEXO 3 Proyecto: Perforación del pozo Alakaluf A-10 Esquema “tipo” de las instalaciones de superficie que se emplazaran en la plataforma del pozo Alakaluf A-10. 84 ANEXO 4 Perforacion de Pozo Exploratorio Las Vegas K. Esquema Equipo de Perforacion y Unidades de Apoyo Sistema de protección para la Perforación 85 ANEXO 5 Sistema de Deshidratación de Lodos o Dewatering 86 ANEXO 6 Ficha técnica instrumentos utilizados en el presupuesto de instalación de geomembrana de HDPE de 1 mm de espesor MAQUINA DE SOLDAR CUÑA LEISTER TWINNY T Máquina de soldar con combinación de aire-cuña, con mango de guía y ruedas de avance. • Versión High-tech. • Representación de los parámetros de soldadura. • Tamaño : 340 x 340 x 270 • Temperatura: Max. 560ºC • Velocidad : 0~3.5 m/min • Peso : 7.9 (Ingeniería civil) o 6,9 (túneles) Kg MAQUINA DE SOLDAR EXTRUSORA MARCA LEISTER • Extrusora manual ligera • Ideal para arreglos en espacios limitados • Silenciosa 87 • Producción (HDPE) 0.3 – 0.7 kg/h • Material: HDPE • Espesor del material 4 – 10 mm • Espesor lámina plásticas 1 mm • Varilla de soldadura ∅ 4mm • Peso 3.8 kg • Longitud 443 mm • Voltaje 120/200/230 v • Construcción de cubas • Construcción de tubos • Construcción de caminos, • canales, depósitos, balsas • Las temperaturas del aire y de la materia plástica se indican mediante una pantalla, y pueden regularse con progresión continua o por separado. 88 TRIAC LEISTER • Resultados de soldadura independientes de la fluctuación del voltaje y la temperatura ambiente • Tubo adaptador con protección de calor • Protección electrónica de la resistencia • Desconexión del motor a niveles de escobillas mínimos • Adecuado para funcionamiento continuo • Posibilidad de recambio porta escobillas • Caudal aire : 230 l/min (a 20º) • Temperatura : 20~600ºC • Tamaño : 340 x 90mm (diámetro mango 56mm) • Peso : 1.4 Kg TENSIOMETRO EXAMO 600 f LEISTER LEISTER EXAMEN 600F Ideal para las pruebas de HDPE • Tensión de 120 V 89 • 230 W de potencia 200 • Carga máxima a la tracción 3000 N de carga • rango de medición 0000-3000 N • longitud mínima de 30 mm • longitud máxima de 600 mm • longitud de trabajo 600 • Test de Velocidad mm / min espesor máximo de 10 a 300 mm • anchura máxima de la muestra 7 mm • opcional tarjeta de memoria • Dimensiones 1050x270x190 mm • Peso 17,5 kg • Display digital de: Fuerza máxima tensión en FPEAK ,% Alargamiento en la F ,Resistencia a la rotura en FTear ,% Alargamiento en la F , Test de Velocidad , Posición SPARK TESTER BUCKLEYS 90 • Este instrumento de prueba proporciona un método rápido y rentable de inspeccionar capas gruesas y forros. La capa del grosor de entre 3 - 30mm puede ser probada. • El Probador de Chispa extensamente es usado para probar soldado por extremo y uniones de superposición en el Petroquímico, la Construcción de Tubería y el Plástico e Industrias del caucho. Una sonda flexible es incluida con la unidad pero barras de extensión adicionales aisladas y electrodos pueden ser suministrados, de ser requerido, para usos específicos. Es sólo conveniente para el empleo intermitente, el máximo el tamaño recomendado para electrodos es 150mm. • Peso ligero. • Red eléctrica impulsada. • Voltaje de salida ajustable. • Gama de voltaje de salida: Pico 5-55kV • Alta corriente alterna de Frecuencia. • Frecuencia de Salida: 200kHz • Tiempo de operaciones: 15 minutos SOBRE, 15 minutos DE. 91 MANOMETRO PRESION PARA SOLDADURA DE CANAL • Aguja de 10 cm. • manómetro de rango 0- 60 PSI. 92