Noticias de la Industria

Jack Haynes recientemente reportó que ha sido construido el proyecto de Demostración de Revestimiento de Canal del Bureau of Reclamation y que se ha dado inicio a un período de monitoreo por espacio de diez años. Este Bureau ha redactado un informe sobre los datos específicos de este proyecto. Para obtener una copia, contacte al Sr. Jack Haynes, U.S. Bureau of Reclamation, 1150 North Curtis Road, Boise, ID 83706-1234, USA. Teléfono: 208-378-5093, Fax: 208-378-5066.

        Por: James A. McKelvey, III

        Roy F. Weston, Inc.

El Departamento de Conservación del Medioambiente del Estado de New York, USA (NYSDEC), le había solicitado a la empresa WESTON, que demostrara que la geomembrana de PVC propuesta para un sistema de cierre en el espacio municipal del relleno sanitario para desechos sólidos, tendría la suficiente durabilidad a largo plazo como para ser considerada aceptable en cuanto a servir como barreras de contención dentro de este sistema de cierre. En respuesta a esta solicitud, WESTON llevó a cabo un estudio de toda la literatura existente en relación a la durabilidad a largo plazo de las geomembranas de PVC utilizadas en sistemas de cierre de rellenos sanitarios. Este artículo fue inicialmente un memorándum inter-oficina, el cual fue copiado por el NYSDEC, y sirve para resumir los descubrimientos encontrados en dicha literatura. El artículo debería mitigar las preocupaciones que tiene el NYSDEC con respecto al uso de la geomembrana de PVC en esta aplicación.

Existe la creencia entre algunos miembros de la comunidad de la industria de los geosintéticos a nivel mundial de que las geomembranas de PVC se degradan en presencia del lixiviado en los rellenos sanitarios, y como tal, deberían ser consideradas inferiores que las geomembranas de polietileno. Aún cuando, es cierto que el PVC puede en efecto degradarse al estar en contacto con algunos productos químicos, la misma aseveración se aplica al polietileno. No existe una geomembrana que sea perfecta en términos de compatibilidad con los productos químicos. Por ejemplo, ni el PVC ni el polietileno son compatibles con el benceno, sin embargo, las geomembranas de uretano están disponibles por su capacidad de retención de este producto químico. Otro ejemplo es la solución negra, un efluente derivado de ciertos procesos utilizados en la industria del papel. Se ha demostrado que este producto químico es particularmente agresivo al polietileno de alta-densidad. Sin embargo, el PVC tiene una excelente resistencia a este producto químico. A pesar de que se pueden enumerar muchos ejemplos que demuestren la compatibilidad de los polietilenos con muchos productos químicos, debe dejarse a criterio del ingeniero la determinación mediante estudios de compatibilidad de productos químicos cual geomembrana puede ser utilizada en cada aplicación en forma particular. Con el fin de asegurar que la geomembrana cumpla con el propósito de la aplicación del diseño, es esencial que se comprendan completamente los mecanismos de degradación.

La degradación de materiales poliméricos es la descomposición de la composición química del polímero, lo que resulta en una alteración a las propiedades físicas del material. Los expertos en Polímeros consideran que es el comienzo de la degradación del PVC cuando hay un  escape del cloruro de hidrógeno (HCL) del material. El escape de este gas indica que la estructura  principal  del polímero del PVC está sufriendo cambios tanto por separación en cadena, depolimerización, transmisión-transversal, así como también cambios en el grado de afinidad o por deshidroalogenación (que es el principal efecto al calentar este polímero).  Puesto que el PVC es inerte a muchos productos químicos, como se ha demostrado a través de la confianza evidente que tienen los ingenieros al especificar cañerías de PVC no plastificadas (en comparación con láminas finas) en medioambientes con productos químicos  duros, la degradación asociada con geomembranas de PVC en medioambientes de rellenos sanitarios no es normalmente la degradación planteada anteriormente, sino que más bien la migración y volatilización de los plastificantes de la geomembrana.

Las resinas de PVC son componentes duros, quebradizos (lo que no es una indicación de que sea una baja resistencia, solamente que la ruptura ocurre sin que exista un cambio anterior que sea notorio en el rango de la elongación) debido al fuerte grado de afinidad entre los átomos de hidrógeno y cloro de las cadenas de polímeros adyacentes, lo que resulta en una afinidad secundaria entre las cadenas de los polímeros. Con el fin de permitir la elaboración de láminas finas o geomembranas, se deben agregar plastificantes a la resina de manera de aumentar su flexibilidad y suavidad a bajas temperaturas. Los plastificantes son líquidos orgánicos claros, los que alteran las propiedades tanto de elaboración como físicas. Estos componentes caen en dos categorías basadas en su compatibilidad con la resina: plastificantes primarios utilizados como uso en la plastificación final y plastificantes secundarios utilizados en el proceso de fabricación. Hay muchos tipos diferentes de plastificantes primarios que se usan en el PVC, dentro de los cuales los ftalatos son los más comunes en la fabricación de geomembranas de PVC. Los ftalatos consisten en un grupo de éster polar y un grupo lineal. El grupo de éster se adhiere a los átomos de hidrógeno-cloro del PVC mediante el proceso de adhesión de Van der Waals, mientras que el grupo lineal actúa como una pantalla entre las cadenas de polímeros. A medida que el grupo lineal se separa de la cadena de polímeros, el grado de afinidad entre el hidrógeno y el cloro entre las cadenas adyacentes se reduce, lo que lleva a una reducción de la adhesión de la cadena secundaria, y por último, le entrega una mayor flexibilidad al material en general. Los plastificantes secundarios son por lo general, aromatizantes que se utilizan para ayudar en la fabricación de algunos productos de PVC. Sin embargo, los plastificantes secundarios no son utilizados en la elaboración de geomembranas, y por lo tanto, no es necesario profundizar con respecto a estos compuestos.

Las geomembranas de PVC típicas, contienen de un 30 a un 35 por ciento de plastificante por peso. Los plastificantes en la superficie de la geomembrana están expuestos a emigrar fuera del producto. Los plastificantes dentro de la carpeta, que se adhieren en forma secundaria a la cadena del PVC, necesitan estímulos para emigrar. La pérdida de plastificante va en función con el tipo de plastificante, temperatura, espesor de la carpeta, condiciones medioambientales y tiempo de exposición. El peor caso de pérdida de plastificante ocurre cuando hay una gran gradiente de compuestos orgánicos entre la geomembrana y el medioambiente que la rodea. En este caso, el gradiente tiene que tener la suficiente energía como para sobrellevar la adhesión Van der Waals del grupo éster del componente, permitiendo que el grupo lineal se separe de la cadena y proporcione los pasos migratorios entre las cadenas. A medida que se reduce el porcentaje de plastificante, aumentan las adhesiones secundarias entre las cadenas de polímeros, 'encerrando’, al resto del plastificante. Los estudios realizados por el Bureau of Reclamation de USA en geomembranas de PVC de 1O-mil usadas en revestimiento de canal muestran que el 54 por ciento del contenido inicial del plastificante ha permanecido después de 19 años de servicio.  En esta aplicación, el gradiente orgánico fue muy alto debido a que las aguas escurrían dentro de los canales, reduciendo al mínimo las concentraciones orgánicas en la superficie de la geomembrana. Aún con una pérdida de un 46 por ciento del plastificante, la geomembrana cumplía con la mayor parte de las especificaciones del diseño original.

Los efectos de la pérdida de plastificantes en las propiedades físicas de las geomembranas de PVC son una pérdida en el peso total, una pequeña reducción en el espesor de la lámina, un aumento de los módulos elásticos, un aumento en la resistencia a la tracción y una reducción en la resistencia a la deformación última. De estos cambios en las propiedades físicas, solamente el sometimiento a esfuerzo a falla por deformación es motivo de preocupación en los sistemas de cierre de rellenos sanitarios. Sin embargo, las pruebas de laboratorio indican que a pesar que se ha perdido un 75 por ciento del plastificante, la resistencia a la deformación última excede el 100 por ciento. Esta cantidad de falla por deformación se acomodaría fácilmente a los asentamientos diferenciales típicos asociados a los sistemas municipales de recubrimiento de rellenos sanitarios de desechos sólidos. El estudio de laboratorio mencionado anteriormente, fue extremadamente agresivo en cuanto a la pérdida del plastificante a la luz del estudio del Bureau of Reclamation y de varios casos históricos de geomembranas de PVC utilizadas en aplicaciones de rellenos sanitarios.

Dos casos históricos recientes consideran el uso de las geomembranas de PVC en su uso actual. El primer artículo, "Geomembranas de PVC con Lixiviado MSW," por Francis X. Taylor, considera a las geomembranas de PVC en un relleno sanitario de MSW en el estado de Pennsylvania, USA. Se extrajeron muestras de la geomembrana 20-mil del área del sumidero del relleno sanitario después de una exposición constante al lixiviado por 13 años. Las pruebas de ensaye a rotura a la deformación de estas muestras indicaron que fueron superior al 300 por ciento. Se obtuvieron resultados similares en muestras extraídas desde un sistema de cierre de relleno sanitario de MSW en el estado de Florida después de cinco años de funcionamiento. Este documento, titulado "Revisión del PVC en una Aplicación 'Capa Superior' "  por Samuel B. Levin y Mark D. Hammond. Basándose en estas observaciones, así como también en las excelentes propiedades físicas ( p. ej. resistencia al punzonado y al estallido multi-axial) y al Control de Calidad y Aseguramiento de Calidad inherentes a las geomembranas de PVC, se puede concluir fácilmente que este material es una excelente elección para ser utilizado como barreras de contención dentro de un sistema de cierre de relleno sanitario MSW.  

James A. McKelvey, III es un Ingeniero Geotécnico Asociado a Roy F Weston, Inc., West Chester, estado de Pennsylvania, USA.