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PGI Technical Bulletin

…… Diciembre

1998

Especificaciones para Soldadura Térmica de Geomembranas de PVC

Todas las geomembranas requieren de alguna unión en terreno. Una de las ventajas de las geomembranas de PVC es que la cantidad de uniones en terreno pueden ser de un 70 a un 80 por ciento menos que aquellas requeridas para las geomembranas de HDPE. Los rollos manufacturados de PVC son unidos bajo condiciones controladas en una planta de fabricación antes de ser extendidas en el terreno. Esta fabricación resulta en grandes paneles de   geomembranas que reducen el número requerido de soldaduras en terreno. (Las fotografías que se incluyen más abajo muestran los inmensos paneles de geomembranas de PVC que están siendo colocados en un sistema de revestimiento en una instalación operativa municipal de vertedero de sólidos.) Se reconoce que por lo general las uniones preparadas en terreno son los aspectos más problemáticos de todos los sistemas de revestimiento y por lo tanto, el reducir la cantidad de soldadura en terreno es muy beneficiosa. 

En la actualidad, las uniones en terreno de PVC se construyen con buenos resultados utilizando sistemas químicos (adhesivo o solvente). En los años recientes, la soldadura térmica también ha demostrado que es un método eficiente y económico de unión de geomembranas de PVC en terreno. El método de fusión térmica de unir geomembranas de PVC ha sido utilizado por muchos años en la industria de las techumbres y en la geomembrana Europea y en la industria de los túneles. El uso de cuñas y soldadura de aire caliente permite utilizar el mismo equipo y las mismas técnicas preferenciales de AC/CC que se utiliza en las geomembranas de HDPE con las geomembranas de PVC. Además, la soldadura térmica puede ser usada en condiciones medioambientales más frías que en las soldaduras químicas.

El principio de la soldadura térmica es que ambas superficies que van a ser unidas entran en estrecho contacto con una cuña caliente. Esta derrite las capas superiores e inferiores de las superficies viscosas de las láminas de polímeros. La fusión se lleva a cabo comprimiendo juntas las dos superficies derretidas por medio de rodillos de presión, provocando una entremezcla de los polímeros de ambas láminas y una adherencia permanente. El uso relativamente nuevo de soldaduras térmicas en USA para las geomembranas de PVC, ha motivado la necesidad de presentar algún tipo de especificación "estándar" para la soldadura térmica de las geomembranas de PVC.

En la actualidad, se utilizan en la práctica dos tipos de soldadura con cuñas: soldaduras con cuña simple y doble. Los dos tipos de soldaduras con cuñas permiten realizar pruebas de ensayes destructivas y no destructivas al momento que se han enfriado las soldaduras. Esta rápida determinación de la calidad permite realizar cambios en forma inmediata en los procesos de soldadura con el fin de asegurar una productividad en forma óptima.

La soldadura térmica simple se pone en práctica frecuentemente en uniones de geomembranas de PVC en terreno. La soldadura térmica simple proporciona una unión ancha y se le practican pruebas con el método de lanza de aire, que también se utiliza en las pruebas de las uniones químicas en terreno. El ancho mínimo de unión para una soldadura térmica simple tiene un valor nominal de una pulgada (25 mm). A la unión se le realiza la prueba de lanza de aire para probar su integridad con el Método de Ensaye D-4437 de la ASTM. La prueba de lanza de aire puede ser realizada inmediatamente después que se ha terminado la soldadura con cuñas. La prueba utiliza una combinación de presión de aire (55 psi) e inspección visual. Un torrente de aire comprimido se coloca en forma perpendicular a la orilla de la unión y en la lámina interior se podrá ver aleteando a simple vista aquellas áreas que no quedaron bien adheridas o que quedaron sueltas, señalando de esta manera que hay un canal de aire o una imperfección en la soldadura.

Las soldaduras de cuña doble consisten en dos soldaduras de ancho nominal de 0.5 pulgadas  (12.5 mm) que van paralelas y un canal de aire no soldado de 0.5 pulgadas (12.5 mm) entre ellas. Se realizan pruebas en la unión para determinar su integridad, llenando el canal con aire, que es un método muy eficiente de prueba, no destructivo, utilizado actualmente para evaluar las soldaduras de las geomembranas. Esto facilita el uso de procedimientos bien-establecidos de AC/CC desarrollados con el fin de realizar las pruebas de ensaye de canal de aire.

Las pruebas de ensaye del canal de aire se conducen de acuerdo con el ASTM D7177. Este método muestra en forma rápida la falla, puesto que cualquier orificio existente no permitirá que el canal de aire infle el largo completo de la unión.  La caída de presión máxima permitida durante el período de monitoreo de dos-minutos está relacionada con el espesor de la geomembrana, tal como se muestra en la Tabla 1.

                                                        Table 1

  Pressure Required to Verify 2.6 kN/M (15 lb/in) Peel Strength for PVC

Sheet Temperature °C

Sheet Temperature °F

Air Pressure KPa

Air Pressure PSI

Hold Time (seconds)

4.5

40

345

50

30

7

45

324

47

30

10

50

310

45

30

13

55

290

42

30

15.5

60

276

40

30

18

65

262

38

30

21

70

241

35

30

24

75

228

33

30

26.5

80

214

31

30

29.5

85

193

28

30

32

90

179

26

30

35

95

165

24

30

37.5

100

152

22

30

40.5

105

138

20

30

43.5

110

131

19

30

Durante la realización de las pruebas, la presión de aire del canal puede caer más de lo normal debido a la naturaleza flexible del PVC. Como resultado, es posible medir una caída de presión de aire de 5 psi (35 kPa) entre las bandas y a pesar de eso la unión no presenta filtración. Durante la realización de una prueba exitosa, esta caída de presión ocurrirá durante los 2 primeros minutos. Por lo tanto, una prueba con falla se manifiesta por una caída en forma continua de la presión hasta que alcanza el equilibrio con el aire exterior o por una caída inmediata de la presión si se presenta una filtración más grande.

Se ha informado que las temperaturas extremadamente altas pueden afectar el desempeño y los resultados de las pruebas de ensaye del canal de aire en las geomembranas de PVC. Así como todos los materiales de geomembranas flexibles, el PVC muestra un aumento de la flexibilidad a medida que aumenta la temperatura ambiental. Sin embargo, las observaciones y data más recientes muestran que el canal de aire desarrollará la presión de aire necesaria aún con altas temperaturas. En efecto, el canal de aire no se expandirá más allá de cierto diámetro en temperaturas elevadas y por lo tanto, la presión de aire del canal puede ser lograda y mantenida.

Tanto las uniones con soldadura con cuña simple como con cuña doble deben cumplir o sobrepasar el mínimo que se indica en la Especificación del PGI para la resistencia al corte y a la adhesión al desgarro (ver Tabla 2). Una diferencia importante entre el ensayo de las pruebas de desgarro al PVC y al HDPE es que la falla no debe ocurrir en ni uno de los dos lados de la unión en la lámina de PVC, lo que se denomina como un corte de adherencia en la lámina  o FTB. El PVC solamente requiere que las resistencias al corte y al rasgado sean mayores que los valores mínimos que se muestran en la Tabla 2. No se requiere de una FTB porque el PVC no llega al límite ni muestra una condición de falla quebradiza, como lo hace el HDPE.

                                                            Tabla 2

Resistencias Mínimas al Corte y Desgarro para Uniones de Geomembranas de PVC utilizando el Método de Ensaye D882 de la ASTM (ASTM D7176)

Espesor

Geomembrana                                                   PVC

Uniones

Resistencia al Corte

(lbs/pulgada)

Resistencia al Desgarro

(lbs/pulgada)

20 mil

38.4

12.5

30 mil

58.4

15

40 mil

77.6

15

50 mil

96

15

60mil

116

15

Técnicas y Especificaciones Adicionales de Uniones en Terreno

Los controladores de temperatura del aparato soldador deben ser ajustados de acuerdo al tipo de geomembrana, espesor, temperatura ambiental, velocidad de soldadura, y la ubicación de la termocopla dentro del aparato. Los factores ambientales; tales como nubes, viento y sol hacen que varíen los ajustes de temperatura y la velocidad de recorrido. Como una consecuencia de esto, es necesario que el operador mantenga contacto visual en forma constante, tanto en los controles de temperatura, así como en la soldadura terminada que va saliendo de la máquina.

Se debe elaborar una franja de prueba de cinco pies y a estas muestras se le deben practicar las pruebas manualmente antes de la realización de las uniones de los paneles, al comienzo de cada cambio de turno (p.ej. mañana o almuerzo). Antes de comenzar a soldar cada mañana o tarde, se debe elaborar al menos una franja de prueba. Estas soldaduras térmicas unitarias deben superar las especificaciones mínimas al corte y al desgarro, y ambas bandas de una soldadura de cuña doble deben superar el mínimo señalado en las especificaciones.

Los Informes de cada franja de prueba de unión de paneles, y cada muestra de pruebas destructivas debe incluir el nombre del soldador, nombre del técnico, temperatura y velocidad de recorrido.

Es posible que sea necesario recortar algunas orillas que estén sueltas de las uniones de los paneles realizadas en la planta o en en el terreno de las Uniones en T en las terminaciones transversales de los paneles.  

Cualquier área de la soldadura que falle en las pruebas de lanza de aire o las pruebas del canal de aire debe ser parchada usando el mismo material de revestimiento con PVC aplicado frío al adhesivo para soldar el PVC, con el agente de fusión química. A todas las reparaciones se les debe practicar las pruebas de lanza de aire de acuerdo con los Métodos de Ensaye D-4437 de la ASTM.

En resumen, el aumento en el uso de las técnicas de soldaduras térmicas en las uniones en terreno, de paneles de las geomembranas de PVC, ha permitido que las soldaduras sean revisadas inmediatamente con resultados medibles utilizando técnicas de QA/QC bien establecidas. La unión de paneles de geomembranas de PVC usando el método térmico también ofrece mayores valores de resistencia a la soldadura sin tener que preocuparse por los esfuerzos por agrietamientos en las áreas de la soldadura asociados a otras geomembranas.

 

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Environmental Protection, Inc le entrega este Boletín Técnico de PGI para su información. Usted puede solicitar una copia original de este boletín escribiendo a   PVC Geomembrane Institute, PGI - Technology Program, University of Illinois, 2215 Newmark Civil Eng. Lab, 205 North Matthews Ave., Urbana, IL 61801, o por teléfono a PGI al 217-333-3929, o por medio de correo electrónico a pgi-tp@uiuc.edu

 

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