CAPITULO XIV

GEOSINTÉTICOS

QUE SON LOS GEOSINTETICOS

Los Geosintéticos son un grupo de materiales fabricados mediante la transformación industrial de substancias químicas denominadas polímeros, del tipo conocido genéricamente como “plásticos”, que de su forma elemental, de polvos o gránulos, son convertidos mediante uno o más procesos, en láminas, fibras, perfiles, películas, tejidos, mallas, etc., o en compuestos de dos o más de ellos, existiendo también algunas combinaciones con materiales de origen vegetal. 

Aunque en la naturaleza existen de manera natural, substancias poliméricas, como la seda y la celulosa, la diferencia con los geosintéticos, es que estos últimos son fabricados por el hombre, a partir de productos obtenidos de la refinación del petróleo.
Otra característica particular de los geosintéticos es que su aplicación se relaciona con la actividad de la construcción, por lo que participan como parte integral de sistemas y estructuras que utilizan materiales de construcción tradicionales, como suelos, roca, agregados, asfaltos, concreto, etc.
Sus funciones dentro de tales estructuras son las de complementar, conservar, o bien mejorar el funcionamiento de los sistemas constructivos e inclusive, en algunos casos, sustituir por completo algunos materiales y procesos de la construcción tradicional.

PROPIEDADES GENERALES DE LOS GEOSINTETICOS, A PARTIR DE SU NATURALEZA POLIMERICA.

Los plásticos son los componentes principales en los geosintéticos. En la actualidad, muchas industrias sustituyen ventajosamente materiales tradicionales tales como agregados, suelos, metal, vidrio, etc., por materiales de plástico, que poseen, en general, las siguientes propiedades:

- Ligereza, existiendo materiales menos densos que el agua. 

- Ductilidad 

- Maleabilidad 

- Elevada elasticidad 

- Resistencia Mecánica 

- Resistencia a agentes químicos, la cual varía dependiendo del material 

- Posibilidad de mejorar sus propiedades mediante aditivos o procesos mecánico - térmicos 

- Rangos variables de resistencia al intemperismo, existiendo algunos que deben ser protegidos y otros que pueden ser expuestos a la intemperie por lapsos largos, sin experimentar deterioro. 

- Baja absorción de agua 

- Resistencia a la biodegradación, la cual varía según el material de que se trate

La familia de los Plásticos es muy extensa. Los productos de esta naturaleza que se utilizan para fabricar geosintéticos es apenas una pequeña fracción de los polímeros que se utilizan en la sociedad moderna. 

En general, las propiedades específicas de un plástico dependen de la combinación de muchas variables, las cuales son, entre otras:
Naturaleza química: Grupos funcionales, peso molecular, dispersión del peso molecular, ramificaciones de la cadena principal, incorporación química de componentes (copolímeros), incorporación física de aditivos, tipo de formulación, etc. 

Historia de esfuerzos, temperaturas y exposición a agentes ambientales durante su vida útil.
Procesos de transformación o formado
Procesos de acabado. 

Es importante hacer notar que el nombre genérico de un plástico o polímero, tal como “Polipropileno”, “Polietileno de Alta Densidad”, “Poliéster”, etc., no es suficiente para caracterizarlo de manera completa, porque bajo la misma denominación pueden producirse diversos productos, con propiedades diferentes.

CLASIFICACIÓN DE LOS GEOSINTETICOS

La siguiente clasificación muestra los distintos Geosintéticos; de cada tipo existen distintas clases o subcategorías.

Geotextiles
Geomembranas
Georedes o Geomallas
Geodrenes
Geomantas
Geoceldas
Geocompuestos de Bentonita

GEOTEXTILES

Los geotextiles son telas con diversas estructuras, cuyos elemento individuales son fibras, filamentos, o cintas de plástico, que siguiendo diversos patrones de distribución de sus elementos individuales, se reúnen y entrelazan entre sí por medio de diversos procesos que les someten a acciones mecánicas, térmicas, químicas, o varias de ellas, obteniendo así, estructuras continuas, relativamente delgadas, porosas y permeables en forma de hojas, que tienen resistencia en su plano.

Tipos de Geotextiles, según el proceso de su fabricación:

Geotextiles No Tejidos
Geotextiles Tejidos

Tipos de Geotextiles, según el polímero de su fabricación:

Geotextiles de Poliéster
Geotextiles de Polipropileno

Las propiedades de los Geotextiles son resultado de la combinación de su polímero base, de su estructura y de los procesos de acabado a que se sometió el material. 

La estructura es el arreglo geométrico entre los elementos individuales del producto, ya sean fibras cortadas, filamentos o cintas, y del tipo de unión entre los mismos, factores que resultan en un material específico. 1

El grupo con un uso más extendido, tanto en cantidad de aplicaciones como en consumo total, es el de los Geotextiles No Tejidos, que se caracterizan porque las fibras que los componen se distribuyen en forma desordenada, en todas direcciones. 

Dentro de este grupo, es el de los Geotextiles No Tejidos Punzonados,el de mayor consumo mundial; en ellos, la unión entre sus fibras se logra mediante entrelazamiento por la acción de agujas, con lo que se obtienen estructuras adaptables, pues sus fibras tienen una relativa libertad de movimiento entre sí, lo que genera una importante elongación inicial, antes de entrar en tensión. 

Su comportamiento bajo tracción se caracteriza por una relativamente baja carga en tensión inicial, que corresponde a una elongación inicial relativamente alta (bajo módulo inicial), lo que explica al alto grado de adaptabilidad de este tipo de geotextil, que le permite adaptarse a superficies irregularidades, sin ser dañado.

Tienen este tipo de geotextiles, además, muy alta porosidad y permeabilidad, tanto en su plano como a través de su plano, siendo filtros muy eficientes. Son resistentes al bloqueo de sus poros con suelo bien graduado. El flujo a través de su estructura inicia con carga hidráulica muy baja. 

Una manera muy común de clasificarlos es por su masa por unidad de área, siendo los de uso más extendido desde 140 hasta 400 g/m2, aunque existen de mucha mayor masa, para aplicaciones especiales.
Por sus características ya descritas, los Geotextiles No Tejidos Punzonados, se utilizan para aplicaciones de Separación de Materiales, Filtración, Drenaje, Control de la Erosión y Prevención de la Reflexión de Grietas.

Los más pesados y resistentes se utilizan para Protección de Geomembranas, Estabilizacióny Refuerzo.

Otros Geotextiles No Tejidos. 
Algunos materiales son modificados posteriormente al punzonado, mediante fusión superficial de sus fibras, estiramiento a alta temperatura o aplicando tratamientos en su superficie, con resinas químicas y posterior horneado, con el fin de variar sus propiedades, con diferentes propósitos. 

Geotextiles No Tejidos Termosellados son aquellos que se obtienen por medio de la fusión de sus fibras, sobre las que se aplica presión mediante rodillos calientes, lisos o con relieves, fusionando toda la superficie del material o sólo áreas selectas del mismo. 

El resultado son geotextiles delgados en los que las fibras no tienen libertad de movimiento y su comportamiento es más tenaz. La permeabilidad del producto final es menor cuando se usan rodillos lisos.

Otro grupo importante de geotextiles son los Geotextiles Tejidos, en los que su construcción sigue un patrón geométrico claramente definido, que se logra por medio del entrelazamiento de filamentos o cintas planas en dos direcciones mutuamente perpendiculares, mediante un proceso de urdido, por el cual es posible combinar diferentes tipos de filamentos en cualquiera de las direcciones del tejido, para obtener las propiedades de resistencia que se buscan, en las dos principales direcciones de fabricación. Estos geotextiles son menos rígidos en el sentido diagonal. 

Dentro de este grupo de materiales tejidos, son los Geotextiles Tejidos de Cinta Plana los de mayor volumen de uso; las cintas que los componen son planas, mejor conocidas como rafia. Debido a que su resistencia se tiene principalmente en los sentidos de fabricación y en el transversal a éste, se someten a un proceso de acabado térmico para reducir el movimiento relativo de las cintas.

Su comportamiento bajo tracción muestra una carga en tensión inicial relativamente alta, con baja elongación (alto módulo inicial). Por ello su capacidad de adaptación a superficies irregularidades filosas, como son subrasantes con presencia de roca, es baja. Su aplicación más exitosa es como refuerzo sobre estratos que experimentan asentamientos al construir, como son zonas de suelos saturados y pantanos, sin roca presente en la superficie, pues de este modo pueden desarrollar su capacidad de refuerzo a la tensión y mantener su integridad.
Sus aberturas son pequeñas y su permeabilidad baja respecto de los Geotextiles No Tejidos y de los Geotextiles Tejidos de Monofilamentos; sólo permiten flujo a través de su plano, requiriendo para ello que exista un cierto valor de carga hidráulica, y poseen poca resistencia al bloqueo de sus poros con suelo bien graduado. Por lo anterior, no se usan para aplicaciones de filtración o que requieren alta permeabilidad.
Los tipos más usuales varían desde 140 hasta 280 g/m2.

Los Geotextiles Tejidos de Monofilamentos 
se componen por filamentos de sección circular relativamente gruesos, con tamaños de aberturas claramente establecidas y mensurables mediante procedimientos sencillos. Según la combinación de los filamentos en las direcciones de fabricación y transversal se controla la permeabilidad y tamaño de abertura. Se utilizan en aplicaciones de filtración, y de refuerzo en las que se requiere una alta permeabilidad. 

Su carga en tensión inicial es alta y su elongación es baja (alto módulo inicial). Por lo mismo, su capacidad de adaptarse a irregularidades es baja.
Sólo poseen flujo a través de su plano y su Permeabilidad es muy alta, no requiriendo la existencia de una carga hidráulica apreciable para establecer el flujo. Su resistencia al bloqueo con suelo, bien graduado o no, es muy alta y se considera su estructura muy favorable para el diseño de soluciones a casos críticos de filtración. 

Los Geotextiles Tejidos de Multifilamentos 
son producto del urdido de multifilamentos, mismos que son el resultado del trenzado de varios filamentos de menor diámetro. Son materiales con muy alta resistencia a la tensión y alto módulo de tensión. 

Su carga en tensión inicial es muy alta y su elongación es baja. Su capacidad de adaptación a irregularidades es relativamente baja. Son el grupo de mayor resistencia a la tensión entre los geosintéticos utilizados para reforzar.

Su Permeabilidad es intermedia. Sólo se establece el flujo a través y no en su plano. Son resistentes al bloqueo de sus poros con suelo, bien raduado El flujo inicia con baja carga hidráulica.

Se utilizan primordialmente para aplicaciones de estabilización de terraplenes que se construyen sobre terrenos de muy baja capacidad de carga.

NOTAS

Las comparaciones que se establezcan entre geotextiles deben ser entre materiales con igual masa por unidad de área.
La masa por unidad de área y la construcción (estructura formada por sus componentes básicos) son los principales factores que influyen en las propiedades hidráulicas y mecánicas de los geotextiles. 

El módulo es diferente al calculado para otros materiales, pues en los geotextiles no se toma en cuenta el espesor, por ser materiales con alta relación de vacíos. El módulo inicial es la carga de tensión a elongaciones muy bajas. 

GEOMEMBRANAS

La Geomembranas son láminas de muy baja permeabilidad que se emplean como barreras hidráulicas; se fabrican en diversos espesores y se impacan como rollos que se unen entre sí mediante técnicas de termofusión, extrusión de soldadura, mediante aplicación de adhesivos, solventes o mediante vulcanizado, según su naturaleza química.

Tipos de Geomembranas, según el proceso de su fabricación:

Geomembranas No Reforzadas
Geomembranas Reforzadas

Tipos de Geomembranas, según el polímero de su fabricación:

Geomembranas de PVC Plastificado
Geomembranas de Polietileno de Alta Densidad
Geomembranas de Polipropileno
Geomembranas de Polietileno Cloro Sulfonado
Geomembranas de Hules Sintéticos

Las Geomembranas de mayor volumen de aplicación son las No Reforzadas, de Polietileno de Alta Densidad y de PVC Plastificado.

Las Geomembranas de Polietileno de Alta Densidad (PEAD) 

se fabrican en rollos anchos, de 7.0m o más, y en esta presentación se embarcan al sitio de la obra, donde se unen unos con otros mediante equipo de termofusión y extrusión de soldadura del mismo polímero.
Otro tipo muy usual de Geomembranas, son las de PVC Plastificado, las cuales se instalan mediante la unión en campo, delienzos prefabricados en plantas industriales, según un despiece planeado, para luego unirse unos con otros en su sitio de ubicación final, a manera de rompecabezas. Esto es posible en las Geomembranas de PVC Plastificado, porque los lienzos pueden ser doblados y empacados en forma de paquetes, sin causar daño al material, como podría ser en otro tipo de láminas que se agrietan al ser dobladas. Lo anterior resulta en instalaciones muy rápidas.
Las técnicas de unión en el sitio de la obra, para las Geomembranas de PVC pueden ser mediante termofusión, aplicada por una empresa especializada, o mediante aplicación de adhesivos especiales. Este último caso es una gran ventaja en caso de presentarse rupturas en la membrana de manera accidental, posteriormente a su instalación por el proveedor, pues el mismo usuario puede realizar la reparación sin necesidad de gastar en ayuda especializada, ya que la técnica de unión con adhesivo es muy sencilla. 

La selección del tipo de geomembrana para cada aplicación requiere del análisis de diversas variables:

Compatibilidad Química
Comportamiento Mecánico Requerido
Exposición al Intemperismo
Eventual Daño Mecánico y Reparaciones

Las variables indicadas anteriormente no son, sin embargo, las únicas a considerar, requiriéndose generalmente, de una evaluación más completa de la instalación de que se trata, tomando en cuenta que existen situaciones que requieren diseñar de manera más completa, no pudiendo depender exclusivamente de un producto (la geomembrana), para impedir el acaecimiento de situaciones graves, como puede ser, por ejemplo, la fuga de sustancias peligrosas que pueden contaminar el ambiente y amenazar la salud pública, para lo cual se requiere construir SISTEMAS IMPERMEABLES, en vez de simplemente UTILIZAR PRODUCTOS IMPERMEABLES. 

El diseño de instalaciones de ese tipo se lleva a cabo por empresas especialistas y generalmente las soluciones implementadas emplean otros Geosintéticos además de Geomembranas, en diseños “a prueba de fallas”.

VENTAJAS DE LAS GEOMEMBRANAS SOBRE IMPERMEABILIZACIONES CON ARCILLA COMPACTADA:

Continuidad

Las capas de arcilla compactada contienen pequeños conductos en su masa, a través de los cuales se establece el flujo de líquidos. Estos conductos se presentan por agrietamiento, al perder humedad la arcilla. También se presentan conductos horizontales en la frontera entre las capas compactadas. La razón de esto es que las barreras de suelo no son materiales continuos, sino el producto del acomodamiento y densificación de partículas por el proceso de compactación a que se deben someter.

Muy bajo Coeficiente de Permeabilidad.

Esta propiedad es mucho menor que la correspondiente a arcillas compactadas. Se determina en forma indirecta, a través de la medición de transmisión de vapor a través de la geomembrana. Esto trae como consecuencia que se pueden construir sistemas impermeables con espesores despreciables, en lugar de tener que compactar gruesas capas de arcilla.

Ligereza

Propiedad importante de las Geomembranas desde el punto de vista logístico, ya que se puede lograr la impermeabilización sin grandes acarreos y en lapsos muy cortos.

GEOREDES O GEOMALLAS

Son elementos estructurales que se utilizan para distribuir la carga que transmiten terraplenes, cimentaciones y pavimentos, así como cargas vivas, sobre terrenos de baja capacidad portante, o bien como elementos de refuerzo a la tensión unidireccional, en muros de contención y taludes reforzados que se construyen por el método de suelo reforzado.

Por su funcionamiento, las Georedes son de dos tipos principales:

Georedes Biaxiales, que poseen resistencia a la tensión en el sentido de su fabricación (a lo largo de los rollos) y también en el sentido transversal al anterior. 

Georedes Uniaxiales, que poseen resistencia a la tensión únicamente en el sentido de fabricación.

Por su Flexibilidad, se tienen dos tipos: 

Georedes Rígidas, que se fabrican mediante procesos de pre-esfuerzo del polímero, primordialmente Polipropileno y Polietileno de Alta Densidad. 

Georedes Flexibles, fabricadas mediante procesos de tejido de filamentos de alta tenacidad, que fueron previamente sometidos a un alto grado de orientación molecular; se fabrican de Poliéster.
Dado que las Georedes Uniaxiales se utilizan en estructuras cuyo comportamiento debe garantizarse por lapsos muy largos (de hasta 100 años), sus propiedades relevantes son:

- Resistencia a la Tensión
- Resistencia a Largo Plazo Bajo Carga Sostenida
- Coeficiente de Fricción en contacto con el suelo que refuerza
- Resistencia al Daño Mecánico
- Resistencia a ataque químico y biológico

Las Georedes Biaxiales funcionan mediante mecanismos de interacción con el suelo y los agregados, que les permiten tomar parte de los esfuerzos inducidos durante la construcción, mediante fuerzas de tensión que se desarrollan en el plano del material. 

Por ello, las propiedades principales de las Georedes Biaxiales, directamente relacionadas con sus diversas aplicaciones, son: 

Tamaño de aberturas
Rigidez a la flexión
Estabilidad de Aberturas
Módulo de Tensión
Resistencia a la Tensión

GEODRENES

Los geodrenes son drenes prefabricados elaborados mediante la combinación de núcleos de plástico con alta resistencia a la compresión y muy alta conductividad hidráulica, y cubiertas de un geotextil filtrante que impide la intrusión de suelo dentro de los vacíos disponibles para el flujo; su función es captar y conducir líquidos a través de su plano.

Son estructuras continuas y extremadamente delgadas, en comparación con las dimensiones requeridas para construir drenes a base de agregados y tuberías.

Tipos de Geodrenes, según el Polímero de su Núcleo

Núcleo de Poliestireno de Alto Impacto
Núcleo de Polietileno de Alta Densidad

Tipos de Geodrenes, según la forma de su Núcleo

Núcleos en forma de canastilla

Contienen una multitud de conos espaciadores que forman canales por los cuales se transporta el fluido captado. El ingreso de los fluidos al producto se realiza por ambas caras del núcleo, cuyo reverso es plano y tiene orificios.

Núcleos en forma de malla

Contienen en ambas caras, series de gruesos cordones de plástico, paralelos entre sí, que se superponen sobre otra serie de cordones del mismo tipo, formando ángulos agudos, teniendo apariencia de mallas tejidas, con alta proporción de áreas abiertas, uniformes en tamaño. El flujo del agua en el plano del material se establece a través de los canales resultantes.
El Geotextil filtrante generalmente es del tipo No Tejido, aunque existen variantes para casos especiales en los que se usan geotextiles tejidos, por su alto módulo de tensión.

Los Geodrenes más gruesos y con mayor capacidad de flujo se utilizan en los hombros de las carreteras para abatir el nivel freático y de este modo proteger el pavimento o bien para colectar y desalojar el agua captada por capas permeables del pavimento. Los más delgados se emplean en el respaldo de muros de contención, para cortar líneas de flujo procedentes de filtraciones en la parte superior del relleno contenido por el muro y así evitar la generación de empujes hidrostáticos sobre el mismo y también para interceptar flujos en laderas.

GEOMANTAS

Son láminas relativamente gruesas formadas con filamentos cortos o largos de plástico, generalmente polipropileno, polietileno o nailon, de sección rectangular o cónica, simplemente agrupados con ayuda de redecillas, aglutinantes o costuras muy sencillas, o bien fuertemente entrelazados entre sí, que pueden o no incluir capas de fibras de origen vegetal.

Se instalan sobre taludes para evitar su erosión, como elementos de protección permanente o temporal, y combinadas o no, con siembra de semilla.
Sus funciones son las de reducir la capacidad erosiva de los escurrimientos, proteger al suelo, acelerar la germinación de especies vegetales implantadas, reforzar las raíces, o varias de ellas.
Las Geomantas se fabrican con diferentes propiedades pudiendo agruparse de la siguiente manera: 

Mallas sintéticas delgadas, con baja porosidad y resistencia mecánica limitada, que se utilizan únicamente como materiales de cubierta, para aplicaciones temporales. 

Mallas sintéticas gruesas, con estructura tridimensional, alta porosidad y suficiente resistencia para permitir el llenado de sus poros con suelo.
Mallas sintéticas gruesas, que contienen capas de fibras vegetales, con estructura tridimensional, baja porosidad y suficiente resistencia para permitir el llenado de sus poros con suelo.

Mallas sintéticas gruesas, con estructura tridimensional, alta porosidad y alta resistencia que además de permitir el llenado de sus poros con suelo, refuerzan el sistema radicular a largo plazo, una vez que se ha desarrollado la vegetación. La resistencia mecánica puede ser aportada por los mismos filamentos sintéticos que forman su estructura o por un elemento de refuerzo adicional.
Igual al anterior, pero de menor porosidad por la inclusión en su estructura, de capas de fibras de coco.

GEOCELDAS

Las Geoceldas son estructuras tridimensionales de gran peralte y forma romboide, que se utilizan para contener rellenos en taludes, con el objetivo de evitar su deslizamiento y erosión. También se utilizan para confinar materiales dentro de sus celdas y construir plataformas reforzadas, con mayor capacidad de distribución de la carga; en esta aplicación, el producto previene la falla por desplazamiento lateral del relleno bajo las cargas impuestas. 

Se fabrican con diversos peraltes y tamaños de abertura de celda, en Polietileno de Alta Densidad y Polipropileno.

GEOCOMPUESTOS DE BENTONITA

Son laminaciones de bentonita de sodio confinada entre dos capas de geotextil. Se usan primordialmente en el confinamiento de substancias peligrosas, como elemento para sellar eventuales perforaciones en las Geomembranas utilizadas como barrera primaria. Se fabrican en rollos que se traslapan y unen entre sí, utilizando bentonita granular bajo los traslapes. 

Su empleo requiere revisar la eventual existencia de sales de calcio que pueden afectar a la bentonita contenida en el producto. 

Los Geocompuestos de bentonita laminada son materiales muy pesados ( >5 kg/m2) y requieren estar confinados para desarrollar su función sellante de orificios, derivada de la alta expansividad de la bentonita al hidratarse.

CAPITULO XIII

PLÁSTICOS

El término plástico en su significado más general, se aplica a las sustancias de similares estructuras que carecen de un punto fijo de evaporación y poseen, durante un intervalo de temperaturas, propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, en sentido concreto, nombra ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o multiplicación semi-natural de los átomos de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales.
La palabra plástico se usó originalmente como adjetivo para denotar un escaso grado de movilidad y facilidad para adquirir cierta forma, sentido que se conserva en el término plasticidad.

Historia

El invento del primer plástico se origina como resultado de un concurso realizado en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar Phelan and Collarder ofreció una recompensa de 10 000 dólares a quien consiguiera un sustituto del marfil natural, destinado a la fabricación de bolas de billar. Una de las personas que compitieron fue el inventor norteamericano John Wesley Hyatt, quien desarrolló el celuloide disolviendo celulosa (material de origen natural) en una solución de alcanfor y etanol. Si bien Hyatt no ganó el premio, consiguió un producto muy comercial que sería vital para el posterior desarrollo de la industria cinematográfica de finales de siglo XIX. 

En 1909, el químico norteamericano de origen belga Leo Hendrik Baekeland sintetizó un polímero de gran interés comercial, a partir de moléculas de fenol y formaldehído. Se bautizó con el nombre de baquelita y fue el primer plástico totalmente sintético de la historia, fue la primera de una serie de resinas sintéticas que revolucionaron la tecnología moderna iniciando la «era del plástico». A lo largo del siglo XX el uso del plástico se hizo popular y llegó a sustituir a otros materiales tanto en el ámbito doméstico, como industrial y comercial.

En 1919 se produjo un acontecimiento que marcaría la pauta en el desarrollo de los materiales plásticos. El químico alemán Hermann Staudinger aventuró que éstos se componían en realidad de moléculas gigantes o macromoléculas. Los esfuerzos realizados para probar estas afirmaciones iniciaron numerosas investigaciones científicas que produjeron enormes avances en esta parte de la química.

Propiedades y características

Botella de plástico.

Los plásticos son sustancias químicas sintéticas denominadas polímeros, de estructura macromolecular que puede ser moldeada mediante calor o presión y cuyo componente principal es el carbono. Estos polímeros son grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico llamado polimerización. Los plásticos proporcionan el balance necesario de propiedades que no pueden lograrse con otros materiales, por ejemplo: color, poco peso, tacto agradable y resistencia a la degradación ambiental y biológica.
De hecho, plástico se refiere a un estado del material, pero no al material en sí: los polímeros sintéticos habitualmente llamados plásticos, son en realidad materiales sintéticos que pueden alcanzar el estado plástico, esto es cuando el material se encuentra viscoso o fluido, y no tiene propiedades deresistencia a esfuerzos mecánicos. Este estado se alcanza cuando el material en estado sólido se transforma en estado plástico generalmente por calentamiento, y es ideal para los diferentes procesos productivos ya que en este estado es cuando el material puede manipularse de las distintas formas que existen en la actualidad. Así que la palabra plástico es una forma de referirse a materiales sintéticos capaces de entrar en un estado plástico, pero plástico no es necesariamente el grupo de materiales a los que cotidianamente hace referencia esta palabra. 

Las propiedades y características de la mayoría de los plásticos (aunque no siempre se cumplen en determinados plásticos especiales) son estas:

-fáciles de trabajar y moldear,
-tienen un bajo costo de producción,
-poseen baja densidad,
-suelen ser impermeables,
-buenos aislantes eléctricos,
-aceptables aislantes acústicos,
-buenos aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas muy elevadas,
resistentes a la corrosión y a muchos factores químicos;
-algunos no son biodegradables ni fáciles de reciclar, y si se queman, son muy contaminantes.

Proceso productivo

La primera parte de la producción de plásticos consiste en la elaboración de polímeros en la industria química. Hoy en día la recuperación de plásticos post-consumidor es esencial también. Parte de los plásticos determinados por la industria se usan directamente en forma de grano o resina. Más frecuentemente, existen varias formas de procesado de plásticos. Una de ellas es la extrusión de perfiles o hilos, la cual permite generar un producto extenso y continuo. Otra forma de procesado es por moldeo (por inyección, compresión, rotación, inflación, etc.). También existe el termo-conformado, un proceso que usa un material termo-plástico previamente producido a través del procesado de extrusión. Este tipo de procesado tiene diferentes variantes: termo-conformado al vacío, a presión y el termo-conformado mecánico.

Clasificación de los plásticos

Según el monómero base

En esta clasificación se considera el origen del monómero del cual parte la producción del polímero.
Naturales: 

Son los polímeros cuyos monómeros son derivados de productos de origen natural con ciertas características como, por ejemplo, la celulosa, la caseína y el caucho. Dentro de dos de estos ejemplos existen otros plásticos de los cuales provienen: 

Los derivados de la celulosa son: el celuloide, el celofán y el cellón.
Los derivados del caucho son: la goma y la ebonita.
Sintéticos: 

Son aquellos que tienen origen en productos elaborados por el hombre, principalmente derivados del petróleo como lo son las bolsas de polietileno

Según su comportamiento frente al calor

Termoplásticos

Un termoplástico es un plástico que, a temperatura ambiente, es plástico o deformable, se convierte en un líquido cuando se calienta y se endurece en un estado vítreo cuando se enfría suficiente. La mayoría de los termoplásticos son polímeros de alto peso molecular, los que poseen cadenas asociadas por medio de débiles fuerzas de Van der Waals(Polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno; o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno). Los polímeros termoplásticos difieren de los polímeros termoestables en que después de calentarse y moldearse éstos pueden recalentarse y formar otros objetos, ya que en el caso de los termoestables o termoduros, su forma después de enfriarse no cambia.
Sus propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias veces.
Los principales son:

Resinas celulósicas: obtenidas a partir de la celulosa, el material constituyente de la parte leñosa de las plantas. Pertenece a este grupo el rayón.
Polietilenos y derivados: Emplean como materia prima el etileno obtenido del craqueo del petróleo que, tratado posteriormente, permite obtener diferentes monómeros como acetato de vinilo, alcohol vinílico, cloruro de vinilo, etc. Pertenecen a este grupo el PVC, el poliestireno, el metacrilato, etc.
Derivados de las proteínas: Pertenecen a este grupo el nailon y el perlón, obtenidos a partir de las diamidas.
Derivados del caucho: Son ejemplo de este grupo los llamados comercialmente pliofilmes, clorhidratos de caucho obtenidos adicionando ácido clorhídrico a los polímeros de caucho.

Termoestables

Los plásticos termoestables son materiales que una vez que han sufrido el proceso de calentamiento-fusión y formación-solidificación, se convierten en materiales rígidos que no vuelven a fundirse. Generalmente para su obtención se parte de un aldehído.

Polímeros del fenol: Son plásticos duros, insolubles e infusibles pero, si durante su fabricación se emplea un exceso de fenol, se obtienen termoplásticos.
Resinas epoxi.

Resinas melamínicas.
Baquelita.

Aminoplásticos: Polímeros de urea y derivados. Pertenece a este grupo la melamina.

Poliésteres: Resinas procedentes de la esterificación de polialcoholes, que suelen emplearse en barnices. Si el ácido no está en exceso, se obtienen termoplásticos.

Según la reacción de síntesis

También pueden clasificarse según la reacción que produjo el polímero:

Polímeros de adición

Implican siempre la ruptura o apertura de una unión del monómero para permitir la formación de una cadena. En la medida que las moléculas son más largas y pesadas, la cera parafínica se vuelve más dura y más tenaz. Ejemplo:

2n H2C=CH2 → [-CH2-CH2-CH2-CH2-]n

Polímeros de condensación

Son aquellos donde los monómeros deben tener, por lo menos, dos grupos reactivos por monómero para darle continuidad a la cadena. Ejemplo:

R-COOH + R'-OH → R-CO-OR' + H2O

Polímeros formados por etapas

La cadena de polímero va creciendo gradualmente mientras haya monómeros disponibles, añadiendo un monómero cada vez. Esta categoría incluye todos los polímeros de condensación de Carothers y además algunos otros que no liberan moléculas pequeñas pero sí se forman gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos

Según su estructura molecular

Amorfos

Son amorfos los plásticos en los que las moléculas no presentan ningún tipo de orden; están dispuestas desordenadamente sin corresponder a ningún orden. Al no tener orden entre cadenas se crean unos huecos por los que la luz pasa, por esta razón los polímeros amorfos son transparentes.

Semicristalinos

Los polímeros semicristalinos Tienen zonas con cierto tipo de orden junto con zonas amorfas. En este caso al tener un orden existen menos huecos entre cadenas por lo que no pasa la luz a no ser que posean un espesor pequeño.

Cristalizables

• Según la velocidad de enfriamiento, puede disminuirse (enfriamiento rápido) o incrementarse (enfriamiento lento) el porcentaje de cristalinidad de un polímero semicristalino, sin embargo, un polímero amorfo, no presentará cristalinidad aunque su velocidad de enfriamiento sea extremadamente lenta.

Comodities

Son aquellos que tienen una fabricación, disponibilidad, y demanda mundial, tienen un rango de precios internacional y no requieren gran tecnología para su fabricación y procesamiento.

De ingeniería

Son los materiales que se utilizan de manera muy específica, creados prácticamente para cumplir una determinada función, requieren tecnología especializada para su fabricación o su procesamiento y de precio relativamente alto.

Elastómeros o cauchos

Los elastómeros se caracterizan por su gran elasticidad y capacidad de estiramiento y rebote, recuperando su forma original una vez que se retira la fuerza que los deformaba. Comprenden los cauchos naturales obtenidos a partir del látex natural y sintéticos; entre estos últimos se encuentran el neopreno y el polibutadieno.
Los elastómeros son materiales de moléculas grandes las cuales después de ser deformadas a temperatura ambiente, recobran en mayor medida su tamaño y geometría al ser liberada la fuerza que los deformó.

Codificación de plásticos

Existe una gran variedad de plásticos y para clasificarlos, se usa un sistema de codificación que se muestra en la Tabla 1. Los productos llevan una marca que consiste en el símbolo internacional de reciclado con el código correspondiente en medio según el material específico. El objetivo principal de este código es la identificación del tipo de polímero del que esta hecho el plástico para su correcto reciclaje.

El número presente en el código, está designado arbitrariamente para la identificación del polímero del que esta hecho el plástico y no tiene nada que ver con la dificultad de reciclaje ni dureza del plástico en cuestión.

Tabla 1. Codificación internacional para los distintos plásticos.

Tipo de plástico:	Polietileno Tereftalato	Polietileno de alta densidad	Policloruro de vinilo	Polietileno de baja densidad	Polipropileno	Poliestireno	Otros
Acrónimo	PET	PEAD/ HDPE	PVC	PEBD/ LDPE	PP	PS	Otros
Código	1	2	3	4	5	6	7

Usos más comunes

Aplicaciones en el sector industrial: piezas de motores, aparatos eléctricos y electrónicos, carrocerías, aislantes eléctricos, etc.
En construcción: tuberías, impermeabilizantes, espumas aislantes de poliestireno, etc.
Industrias de consumo y otras: envoltorios, juguetes, envoltorios de juguetes, maletas, artículos deportivos, fibras textiles, muebles, bolsas de basura, etc.

Reciclado

Cestas para clasificación de desperdicios que pueden ser reciclados.

Camión transportador de botellas y envases de plástico (Av. Patriotismo y Eje 4 Sur Benjamín Franklin, en la ciudad de México, D. F.).

Los desechos plásticos no son susceptibles de asimilarse de nuevo en la naturaleza. Debido a esto, se ha establecido el reciclado de tales productos de plástico, que ha consistido básicamente en recolectarlos, limpiarlos, seleccionarlos por tipo de material y fundirlos de nuevo para usarlos como materia prima adicional, alternativa o sustituta para el moldeado de otros productos.
De esta forma la humanidad ha encontrado una forma adecuada para luchar contra la contaminación de productos que por su composición, materiales o componentes, no son fáciles de desechar de forma convencional. Su efectividad y aceptación social se pueden considerar discutibles.
Se pueden salvar grandes cantidades de recursos naturales no renovables cuando en los procesos de producción se utilizan materiales "reciclados". En correcto uso, estos materiales reciclados pueden evitar la sobreexplotación de recursos aun considerados renovables como los bosques, evitando impactos graves para los ecosistemas como la deforestación, erosión y desertificación. La utilización de productos reciclados disminuye el consumo de energía. Cuando se consumen menos combustibles fósiles, se genera menos dióxido de carbono y se previene el efecto invernadero. Además, la producción de otros gases nocivos provenientes de dichas combustiones también se reducen, tales como los óxidos de azufre y nitrógeno productores de la lluvia ácida o la contaminación de ozono troposférico.
Desde el punto de vista financiero: Un buen proceso de reciclaje es capaz de generar ingresos. Por lo anteriormente expuesto, se hace ineludible mejorar y establecer nuevas tecnologías en cuanto a los procesos de recuperación de plásticos y buscar solución a este problema tan nocivo para la sociedad y que día a día va en aumento deteriorando al medio ambiente. En las secciones siguientes se plantea el diseño de un fundidor para polietileno de baja densidad, su uso, sus características, recomendación y el impacto positivo que proporcionará a la comunidad.
Algunos plásticos no son recuperables, como el poliestireno cristal o la baquelita.

Plásticos biodegradables

A fines del siglo XX el precio del petróleo disminuyó, y de la misma manera decayó el interés por los plásticos biodegradables. En los últimos años esta tendencia se ha revertido, además de producirse un aumento en el precio del petróleo, se ha tomado mayor conciencia de que las reservas petroleras se están agotando de manera alarmante. Dentro de este contexto, se observa un marcado incremento en el interés científico e industrial en la investigación para la producción de plásticos biodegradables o EDPs (environmentally degradable polymers and plastics). La fabricación de plásticos biodegradables a partir de materiales naturales, es uno de los grandes retos en diferentes sectores; industriales, agrícolas, y de materiales para varios servicios. Ante esta perspectiva, las investigaciones que involucran a los plásticos obtenidos de otras fuentes han tomado un nuevo impulso y los polihidroxialcanoatos aparecen como una alternativa altamente prometedora.
La sustitución de los plásticos actuales por plásticos biodegradables es una vía por la cual el efecto contaminante de aquellos, se vería disminuido en el medio ambiente. Los desechos de plásticos biodegradables pueden ser tratados como desechos orgánicos y eliminarlos en los depósitos sanitarios, donde su degradación se realice en exiguos períodos de tiempo.
Los polímeros biodegradables se pueden clasificar de la siguiente manera:

Polímeros extraídos o removidos directamente de la biomasa: polisacáridos como almidón y celulosa. Proteínas como caseína, queratina, y colágeno.
Polímeros producidos por síntesis química clásica utilizando monómeros biológicos de fuentes renovables.
Polímeros producidos por microorganismos, bacterias productoras nativas o modificadas genéticamente.
Dentro de la última categoría se hallan los plásticos biodegradables producidos por bacterias, en este grupo encontramos a los PHAs y al ácido poliláctico (PLA). Los PHAs debido a su origen de fuentes renovables y por el hecho de ser biodegradables, se denominan “polímeros doblemente verdes”. El PLA, monómero natural producido por vías fermentativas a partir de elementos ricos en azúcares, celulosa y almidón, es polimerizado por el hombre.
Los bioplásticos presentan propiedades fisicoquímicas y termoplásticas iguales a las de los polímeros fabricados a partir del petróleo, pero una vez depositados en condiciones favorables, se biodegradan.

Ácido poliláctico 

El almidón es un polímero natural, un gran hidrato de carbono que las plantas sintetizan durante la fotosíntesis que sirve como reserva de energía. Los cereales como el maíz y trigo contienen gran cantidad de almidón y son la fuente principal para la producción de PLA. Los bioplásticos producidos a partir de este polímero tienen la característica de una resina que puede inyectarse, extruirse y termoformarse. 

La producción de este biopolímero empieza con el almidón que se extrae del maíz, luego los microorganismos lo transforman en una molécula más pequeña de ácido láctico o 2 hidroxi-propiónico (monómero), la cual es la materia prima que se polimeriza formando cadenas, con una estructura molecular similar a los productos de origen petroquímico, que se unen entre sí para formar el plástico llamado PLA. 

El PLA es uno de los plásticos biodegradables actualmente más estudiados, se encuentra disponible en el mercado desde 1990. Es utilizado en la fabricación de botellas transparentes para bebidas frías, bandejas de envasado para alimentos, y otras numerosas aplicaciones.

Polihidroxialcanoatos Historia

Los PHAs son producidos generalmente por bacterias Gram negativas, aunque existen bacterias Gram positivas también productoras en menor escala. El primer PHA descubierto fue el PHB, que fue descrito en el instituto Pasteur en 1925 por el microbiólogo Lemoigne quien observó la producción de PHB por Bacillus megaterium. Posteriormente, en 1958 Macrae e Wildinson observaron que Bacillus megaterium acumulaba el polímero cuando la relación glucosa/nitrógeno en el medio de cultivo no se encontraba en equilibrio y observaron su degradación cuando existía falta o deficiencia de fuentes de carbono o energía. A partir de este hecho, se encontraron inclusiones de PHA en una extensa variedad de especies bacterianas. En la actualidad se conocen aproximadamente 150 diferentes polihidroxialcanoatos. 

La primera patente de PHB fue pedida en los Estados Unidos por J. N. Baptist en 1962. En 1983 ocurrieron dos acontecimientos importantes, primero fue el descubrimiento por De Smet, de una cepa de Pseudomonas oleovorans (ATCC 29347) productora de PHB, y consecutivamente se dio la primera producción del primer biopoliéster de uso comercial. Un copolímero formado por monómeros de cuatro y cinco carbonos, denominados PHB y PHV, respectivamente, este producto se denominó comercialmente “Biopol” y se produce utilizando Ralstonia eutropha, a partir de glucosa y ácido propiónico. Este bioplástico en la actualidad ya es sintetizado a partir de una sola fuente de carbono en bacterias recombinantes; y exhibe un alto potencial de biodegradabilidad y propiedades termomecánicas mejores que el PHB puro. 

En general los PHAs son insolubles en agua, biodegradables, no tóxicos, por lo cual uno de los principales beneficios que se obtienen de la aplicación de PHAs, es el ambiental. La utilización de estos productos, reduce la dependencia del petróleo por parte de la industria plástica, provoca una disminución de los residuos sólidos y se observaría una reducción de la emisión de gases que provocan el efecto invernadero. 

Los puntos de interés en cuanto a aplicaciones de bioplásticos, de acuerdo con la IBAW (Asociación Internacional y Grupo de Trabajo de Polímeros Biodegradables) se centran en los sectores de empaque, medicina, agricultura y productos desechables. Sin embargo, con el avance de esta industria se ha ampliado la utilización de biomateriales aplicándose en: teléfonos celulares, computadores, dispositivos de audio y video. De acuerdo a esta información se ha establecido que el 10 % de los plásticos que actualmente se emplean en la industria electrónica pueden ser reemplazados por biopolímeros.

Problemas relacionados con el plástico

En la vida moderna el plástico ha constituido un fenómeno de indudable trascendencia. Hoy en día el hombre vive rodeado de objetos plásticos que en siglos anteriores no eran necesarios para la vida cotidiana. Los plásticos se han fabricado para satisfacer las demandas de una gran variedad de usos, dando lugar a una vasta industria donde la civilización debería llamarse la civilización del plástico, debido al papel determinante que ha desempeñado este material en su desarrollo, en el mejoramiento de las condiciones de la vida del hombre y el acelerado crecimiento de la ciencia y la tecnología. 

En general, las personas tienen muy poco conocimiento sobre lo que es un plástico, cómo se obtiene, cuáles son los tipos de plástico y sus aplicaciones, y cuales son los procesos de transformación del mismo. Estas informaciones son importantes para quienes trabajan en la comercialización de plásticos, e industrias de producción o trasformación del plástico, o apenas curiosos por el asunto. De tal forma surge como necesidad en este proyecto mostrar a una parte importante de la población las graves consecuencias del mal uso del plástico que va desde la manera de obtención, hasta los procesos que se utilizan para reciclarlos. 

Cabe destacar que el plástico es una sustancia muy importante para el desarrollo de la industria ya que su material sintético o natural que contiene como ingredientes esenciales sustancias orgánicas de elevada masa molecular llamada polímero.

Problemas medioambientales

Actualmente estos plásticos son muy utilizados como envases o envolturas de sustancias o artículos alimenticios que al desecharse sin control, tras su utilización, han originado gigantescos basureros marinos, como la llamada «sopa de plástico», el mayor vertedero del mundo. 

De este modo, surge el problema asociado a la contaminación ambiental, muchas veces producto del desecho de los plásticos de alta y baja densidad. Las características moleculares (tipos de polímeros) del plástico contribuyen a que presenten una gran resistencia a la degradación ambiental y con mayor razón a la biodegradación. La radiación UV del sol es la única forma de degradación natural que hace sentir sus efectos en el plástico a mediano plazo, destruyendo los enlaces poliméricos y tornándolo frágil y quebradizo. 

Como es evidente el desecho acumulativo de estos plásticos al ambiente trae graves consecuencias a las comunidades como lo son las enfermedades entre las cuales se encuentra el dengue; producida por el acumulamiento de basura y estancamiento de aguas negras sirviendo éstos como criaderos del zancudo patas blancas. Entre otras de las consecuencias importantes se pueden mencionar son las obstrucciones de las tuberías de aguas negras. Aunado a ello el desecho de estos materiales plásticos al ambiente provoca la disminución del embellecimiento de algunas áreas, establecimientos, municipios, ciudades y estados. 

Los plásticos arrojados al mar que presentan flotabilidad son un gran problema en las zonas de calmas ecuatoriales, ya que se van reuniendo en esos sectores acumulándose en grandes cantidades.
En Chile, durante una grave sequía producida en 1967 en la IV región de La Serena, una gran cantidad ganado caprino de las estancias rurales aledañas a la Ruta Panamericana se alimentó en los restos plásticos (bolsas de polietileno) que se desechaban a las orillas por los usuarios, provocando la muerte en masa al cabo de unas pocas horas después de la ingesta.

Muchas de las ventajas de los productos plásticos se convierten en una desventaja en el momento que desechamos ya sea el envase porque es descartable o bien cuando tiramos objetos de plástico porque se han roto. 

Si bien los plásticos podrían ser reutilizados o reciclados en su gran mayoría, lo cierto es que hoy estos desechos son un problema de difícil solución, fundamentalmente en las grandes ciudades. Es realmente una tarea costosa y compleja para los municipios encargados de la recolección y disposición final de los residuos ya que a la cantidad de envases se le debe sumar el volumen que representan. 

Por sus características los plásticos generan problemas en la recolección, traslado y disposición final. Algunos datos nos alertan sobre esto. Por ejemplo, un camión con una capacidad para transportar 12 toneladas de desechos comunes, transportará apenas 5 o 6 toneladas de plásticos compactados, y apenas 2 de plástico sin compactar.
Dentro del total de plásticos descartables que hoy van a la basura se destaca en los últimos años el aumento sostenido de los envases de PET, proveniente fundamentalmente de botellas descartables de aguas de mesa, aceites y bebidas alcohólicas y no alcohólicas. Las empresas vienen sustituyendo los envases de vidrio por los de plástico retornables en un comienzo, y no retornables posteriormente. Esta decisión implica un permanente cambio en la composición de la basura. En Uruguay este proceso se ha acelerado desde mediados de 1996, agravándose durante 1997 cuando además, muchos envases retornables de vidrio se transformaron en vidrio descartable.
De esta manera, resulta claro que el abandono de estos materiales al medio ambiente representa un grave problema ambiental. 

Por consiguiente existe la inquietud de elaborar un equipo con la capacidad de recuperar dichos plásticos que han sido desechados por la sociedad, los cuales son considerados no reutilizables.
De este modo surge como propósito diseñar un equipo que utilice energía térmica por inducción fundiendo el polietileno de baja densidad que se encuentren depositados en el mismo, una vez fundidos, aglomerados y en estado líquido pasan a ser vertidos a un molde para elaborar otros productos que serán utilizados en otras aplicaciones.
Un material candidato a sustituir al petróleo es el cáñamo, utilizable para todos los usos petroquímicos, pero que además es 100 % biodegradable y altamente reciclable.

Madera plástica

Otra de las soluciones que se han planteado ante la acumulación de residuos plásticos ha sido la madera plástica. Esta ha sido una innovación desde hace ya una década, surgiendo del abandono de desperdicio de madera como tarimas de carga, muebles deteriorados y desde luego la acumulación de desechos plásticos en nuestros vertederos. Los materiales compuestos de madera (MCM) y plástico son materiales formados generalmente por plástico reciclado y maderas como pino, cedro, etc. Su composición tiene una mezcla plástica continua denominada matriz (incluye PE, PP, PVC, etc.) y otra constituida de fibra o polvo de madera. Ambas son construidas en hornos a 230 °C para la fusión de ambas. Además de fibras de madera y plástico, pueden contener otros materiales de relleno (ligno-celulósico o inorgánico). Por otro lado algunas fibras que pueden sustituir un porcentaje de la madera o/y el plástico pueden ser rellenos a base de fibras, ejemplo fibras de celulosa, cáscara de maní, bambú, paja, etc. 

Además cabe resaltar que se ha disminuido la tala de árboles para la construcción de muebles para el hogar y cocina, haciendo estos materiales ecológicos y más duraderos en comparación con los elaborados de madera en su totalidad.
Este tipo de madera es utilizada para elaborar bases para pizarrones escolares, escritorios, etc.
Respecto a la madera natural tiene ventajas tales como:
No es atacada por los insectos xilófagos.
No se pudre con la humedad.
No obstante también tiene el inconveniente de que ciertos solventes como el benceno, el hexano y algunas cetonas (diluyentes de barniz) pueden atacarla.