Sistema G3 de GEO: sostenibilidad, conciencia y compromiso medioambiental

El Sistema G3 comercializado por GEO, que tiene al polímero sintético PolyMud como elemento principal, es una novedosa y eficaz alternativa a los lodos bentoníticos y ademes metálicos, que permite asegurar la estabilización de suelos durante la ejecución de cimentaciones profundas. Además de las múltiples innovaciones técnicas y facilidad de uso que presenta respecto a sus competidores, una de las ventajas de esta tecnología es que una vez finalizados los trabajos, y después de un sencillo y rápido tratamiento de neutralización, el vertido del fluido resultante tras finalizar la obra puede ser llevado a cabo sin acarrear riesgo medioambiental alguno. También puede ser reutilizado para diferentes fines sin necesidad de ser transportado a vertederos para ser sometido a un tratamiento especial que será generalmente costoso y de larga duración.

El lodo bentonítico es un fluido formado por una mezcla de agua y bentonita. Es uno de los productos que típicamente más se ha empleado durante la ejecución de cimentaciones profundas como estabilizador del terreno. La bentonita, su principal componente, es un tipo de arcilla montmorillonítica (sódica o cálcica) de muy alto límite líquido.

Está compuesta por una especie de plaquetas (o baldosas) cargadas electrostáticamente por cargas positivas en una cara y cargas negativas en la otra cara. La superposición de estas plaquetas formando una película o capa en las paredes del terreno durante la excavación es lo que conocemos como cake; éste se encarga de transmitir al suelo toda la carga hidrostática del fluido, por lo que desde el punto de vista de estabilización es una característica imprescindible.

La bentonita (al igual que todas las arcillas, pero especialmente en su caso), por su composición química es tremendamente impermeable y tiene una gran capacidad para soportar los ataques químicos externos o el paso del tiempo (no degradable). Esta característica hace que sea un producto efectivo para trabajos tales como impermeabilización de vertederos, depósitos, masas superficiales de agua, etc.

Pero a su vez, el poder impermeabilizante de este material, en caso de vertido al medio ambiente lo convierte en un posible elemento de alteración y transformación de las características propias y del suelo, subsuelo y los mantos freáticos, modificándose de este modo las condiciones naturales del ecosistema, pudiendo poner también en peligro a las especies que lo habitan. Para evitarlo, y coincidiendo con un crecimiento notable en la concientización medioambiental de la sociedad, muchos países han establecido una serie de regulaciones o normas que permitan controlar este tipo de actividades para garantizar de este modo la sostenibilidad ambiental de los ecosistemas involucrados en los trabajos.

En México, en 1996, se elaboraron las primeras normas que establecían requisitos para la prevención de la contaminación de acuíferos, haciendo referencia a las labores de perforación y rehabilitación de pozos para extracción de agua; también se mencionan en estas regulaciones algunas restricciones en el uso de bentonita para la perforación de dichos pozos.

Existen normas más recientes, como la Norma Oficial Mexicana NOM-150-Semarnat-2006, que se refiere de manera específica a los fluidos de perforación como un posible contaminante potencial al subsuelo y los mantos freáticos cuando se realiza la perforación o durante la disposición final del lodo. En el punto 4.3.6 del documento, se expone: “Al término de la perforación del pozo, la disposición final de los recortes y fluidos de perforación almacenados en la presa de lodos se debe realizar de acuerdo con los resultados del análisis Cretib (corrosivo, reactivo, explosivo, tóxico, inflamable y biológico-infeccioso). Los residuos que por sus características se consideren como peligrosos, deben manejarse y disponerse conforme a la legislación y normatividad vigentes.”

La norma que regula el vertido de residuos a la red de alcantarillas y medio ambiente mediante el criterio Crit – Cretib, es la Norma Oficial Mexicana NOM-052-Semarnat-2005.

Hasta la aparición de normas como ésta, la ausencia de regulación, instrumentos de prevención y control y restauración de sitios afectados, así como el hecho de que la contaminación de subsuelos y mantos freáticos por vertidos inadecuados puede llegar a pasar desapercibida, han propiciado que diversos ecosistemas en todo el planeta se hayan visto en mayor o menor medida modificados y/o afectados por las consecuencias de estos vertidos no controlados.

De forma particular, en las obras de pilas y muro Milán, al finalizar la obra, a la bentonita se la debería clasificar según la normativa de cada país y recibir un tratamiento (según la norma en cada caso) antes de ser depositada en un botadero. La regulación existente no evita el caso de vertidos accidentales por rotura de los depósitos al entorno. Además de los vertidos conscientes a la red de alcantarillas y/o al medio ambiente, que en la mayoría de los casos van a parar al fondo de los cauces naturales como ríos, arroyos o el mar; y por su poder de impermeabilización impiden la transpiración y en consecuencia el desarrollo de las plantas acuáticas.

Todos los productos comercializados por GEO han sido objeto de rigurosos controles de calidad para garantizar que su utilización es segura y respetuosa con el entorno.

El Sistema G3 de GEO es el único fluido de estabilización que posee estudios medio ambientales oficiales.

Recientemente se ha llevado a cabo en México un estudio según la Norma Oficial Mexicana NOM-052-Semarnat-2005, que identifica los residuos y sus vertidos a la red de alcantarillas y medio ambiente (Crit – Cretib), y que certifica que el vertido del lodo polimérico PolyMud no es peligroso y cumple los criterios para el vertido a la red de alcantarillas y medio ambiente.

En España, el ensayo efectuado por el Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (Cedex) y avalado por el Ministerio de Fomento y el Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente del Gobierno de España, en el que tras realizar el tratamiento de neutralización, se analizan los parámetros del agua residual y se comprueba que el agua residual procedente del polímero cumple los criterios que dicta la regulación para efectuar un vertido sin riesgos a la red de alcantarillas.

Asimismo, nuestros productos se han sometido a otros estudios de interés medioambiental como una prueba de biodegradación natural y post neutralización realizado por Bioagri Brasil que han arrojado resultados muy positivos, probando que los productos de GEO son amigos del medio ambiente y biodegradables.

4.1.- Estudio del laboratorio del grupo Microanálisis SA de CV, México sobre el fluido polimérico PolyMud.

• Objetivo

Comprobar la viabilidad del vertido del fluido polimérico PolyMud a la red de alcantarillado, comparando los resultados analíticos con la normativa estatal vigente.

• Objeto del estudio:

1. Identificar los parámetros y valores límites de vertido de la norma oficial mexicana NOM-052-Semarnat-2005, ante la posibilidad de un vertido del agua residual procedente de la neutralización del polímero PolyMud a la red de alcantarillas y medio ambiente.
2. Analizar los parámetros del lodo polimérico y comparar estos valores con los límites que establece NOM-052-Semarnat-2005, concluyendo si los parámetros ensayados cumplen la norma y por consiguiente el vertido es posible.

• Sistemática y resultados:

Se preparó una mezcla homogénea del polímero PolyMud en 20L de agua, mezclados mediante agitación provocada por aire comprimido, alcanzando el fluido una viscosidad de 60 segundos en cono Marsh API. Una hora después, el líquido fue testeado.

Los parámetros analizados fueron:

• Corrosividad: PH y corrosividad al acero
• Reactividad: Inflamación con aire, generación de calor con aire, generación de HCN y/o H2S
• Inflamabilidad: Contenido en alcohol, punto de inflamación
• Toxicidad al ambiente (contenido en elementos metálicos y compuestos orgánicos)

Este estudio concluyó que todos los parámetros analizados se encontraron dentro de los límites máximos para el vertido permitidos por la norma vigente, probándose por tanto que el fluido es apto para dicho proceso. La muestra de polímero ensayada cumplió conforme al criterio Crit que fija la Norma Oficial Mexicana vigente en los ensayos de Corrosividad, Reactividad, Inflamabilidad y Toxicidad al ambiente.

4.2.- Cedex. Composición del agua residual del polímero PolyMud

• Objetivo

Comprobar la posibilidad de vertido del agua residual procedente del lodo polimérico PolyMud a la red de alcantarillado, comparando los resultados analíticos con las normativas correspondientes.

• Objeto del estudio:

1. Identificar los parámetros y valores límites de vertido de la normativa española, ante la posibilidad de un vertido del agua residual procedente de la neutralización del polímero PolyMud a la red de alcantarillado.
2. Analizar los parámetros del lodo polimérico y comparar estos valores con los citados en el punto anterior.
3. Comprobar si los parámetros del producto son adecuados para su posible empleo en otros trabajos: fabricación de hormigones, lavado de herramientas, regado de caminos de tierra, etc.

• Sistemática y resultados:

Se realizaron dos ensayos; uno del polímero hidratado sin tratar y otro del mismo polímero después de emular en el laboratorio el tratamiento de neutralización al que es sometido en obra, con el objetivo de comprobar los parámetros que ambos presentan.

Los parámetros analizados fueron:

• Parámetros físico químicos: PH, sólidos en suspensión, conductividad.
• Iones mayoritarios: Cloruros, sulfatos, carbonatos, bicarbonatos, calcio, sodio, magnesio y potasio.
• Parámetros adicionales: DQO, nitrógeno Kjeldahl, nitratos y nitritos.
• Metales: Arsénico, cadmio, sobre, aluminio, mercurio y cinc.
• Otros parámetros: fluoruros, cromo, hierro, níquel, contaminantes orgánicos (Btex) e hidrocarburos aromáticos policíclicos.

Este estudio concluyó que tanto en el ensayo 1 como en el 2, no existió ninguna sustancia analizada cuya concentración supere los valores límites de vertido exigidos por la normativa española y por consiguiente, los límites de vertido considerados se cumplen.

4.3.- Bioagri, empresa del grupo Merieux. Prueba de Biodegradación del polímero

• Objetivo:

Determinar la tasa de biodegradación aeróbica de la substancia prueba Polímero PolyMud, con y sin tratamiento de neutralización, siguiendo la metodología ISO 14852:1999.

• Sistemática y resultados

En este procedimiento, la cantidad de dióxido de carbono evolucionado de las muestras determinará el grado de biodegradación aeróbica del material. La prueba simula el proceso de biodegradación en unas determinadas condiciones en el laboratorio; en la obra en cada caso esas condiciones del entorno serán diferentes y en consecuencia los tiempos empleados para la biodegradación.

Como se puede ver en la gráfica 1 la tasa de biodegradación de la muestra de polímero sin tratamiento, fue de 100% al final de 145 días de prueba.

La muestra del polímero tratado físico químicamente antes de la prueba de biodegradación ha transformado el material en otro compuesto (no polímero), comprobado por la pérdida de viscosidad y de carbono en, aproximadamente 50%, lo que ha resultado en una tasa de biodegradación de 100% en 9 días.

De esta información se concluye que, con la metodología empleada y en las condiciones de la prueba, el fluido se puede considerar biodegradable aeróbicamente en sistema acuoso.

En general estas normativas varían dependiendo del país o región donde se efectúan los trabajos. En España o Colombia por ejemplo, la regulación es ligeramente distinta dependiendo de la región, el municipio o ciudad siendo generalmente más restrictivas en los grandes núcleos urbanos. En otros países como México o Chile, se aplica una normativa común en todo el territorio nacional. En algunos países asiáticos como India, Camboya o Malasia, apenas existen regulaciones sobre el vertido de fluidos y la concienciación medioambiental es generalmente menor que en Latinoamérica.

Las leyes, que aun variando en su contenido específico comparten muchos aspectos, principalmente hacen referencia a las cantidades máximas de elementos contaminantes (tales como arsénico, sulfatos, metales, compuestos orgánicos…) que puede contener la sustancia a la hora de ser vertida. Algunas de ellas están condicionadas al lugar de descarga (red de alcantarillado municipal, aguas continentales o marítimas, etc.). Si el fluido a descargar cumple con los límites que fija la normativa, el vertido podría efectuarse.

Hay excepciones en las que estos valores podrían superarse estando aún permitido el vertido, como sucede cuando el contenido natural y/o de captación de un contaminante excede al exigido en la norma. En este caso particular, el límite máximo permitido de la descarga suele ser igual a dicho contenido natural y/o de captación.

En el caso del fluido de estabilización del Sistema G3 de GEO, la normativa se aplicaría al vertido del fluido una vez neutralizado e incluso para las posibles infiltraciones que se puedan producir durante la ejecución de las excavaciones.

El principal componente del lodo polimérico, PolyMud, no contiene ningún contaminante por sí mismo, por lo que si el agua que se utiliza para realizar la mezcla contiene cantidades de estos elementos y compuestos menores a las especificadas en la normativa de cada país, se han de considerar únicamente los siguientes aspectos a la hora de efectuar la eliminación del fluido:

• PH.
• Cantidad de cloruros.
• Sólidos suspendidos totales.
• Sólidos sedimentables.

En los ensayos realizados al polímero, los contenidos del resto de contaminantes potencialmente peligrosos en el fluido resultaron muy por debajo del límite máximo permitido por la normativa en cada caso. Prácticamente la totalidad de estos elementos fueron indetectables en las pruebas, arrojando resultados inferiores al límite de cuantificación de sustancias en los métodos empleados.

En la tabla 1 se muestra un ejemplo con las normativas más restrictivas en España, Colombia, Chile y México sobre varios parámetros en comparación con los resultados obtenidos en los ensayos del fluido polimérico PolyMud en México realizado por laboratorios del grupo Microanálisis conforme a la norma NOM-052-Semarnat-2005 y el efectuado por el Cedex al agua residual del PolyMud tras el tratamiento de neutralización.

Puede comprobarse como los valores obtenidos en el análisis del fluido tratado se encuentran muy por debajo de los valores límite especificados en las distintas regulaciones, garantizando que el vertido del fluido es seguro y respeta la normativa vigente.

Como hemos analizado anteriormente, el fluido polimérico es biodegradable y en caso de vertido accidental el impacto sobre el medio ambiente es mínimo. Lo habitual es una vez terminada la obra, con el objetivo de devolver determinados parámetros del lodo a los valores que cumplan con la normativa vigente o a los que poseía el fluido inicial natural y/o de captación, llevar a cabo la neutralización del polímero, un sencillo y rápido tratamiento en el que se añaden pequeñas cantidades de dos aditivos: ácido clorhídrico (HCl) e hipoclorito de sodio (NaClO) o de calcio (CaClO).

El ácido clorhídrico es el responsable, mediante adición y agitado de la mezcla, de rebajar los niveles de PH del fluido. Por su parte, el hipoclorito de sodio o de calcio actúa sobre la estructura del polímero, desmantelando sus cadenas y logrando un descenso en la viscosidad hasta retornar al valor inicial del agua de captación.

La duración del tratamiento está condicionado por el tiempo físico necesario para verter los aditivos al fluido y que la mezcla sea homogénea. Mediante la toma de muestras y análisis se comprueba que los nuevos parámetros del fluido se encuentran dentro de los rangos exigidos por la normativa. El vertido o descarga del agua residual producida es ahora totalmente seguro.

• México

En México ya se han realizado tratamientos al Sistema G3 de GEO. Un buen ejemplo son los proyectos en el Estado de Guerrero. Como ejemplo particular exponemos el caso particular de un volumen de perforación de obra total de aproximadamente 3,300 m³. Una vez finalizados los trabajos existía un volumen de fluido almacenado a neutralizar de 40 m³.

El proceso de neutralización transcurrió del siguiente modo:

• Inicialmente se analizaron los parámetros del fluido remanente almacenado.
• A continuación, se registraron los parámetros del agua que se utilizó para realizar la mezcla y fijarlos como parámetros objetivos en la neutralización
• Posteriormente, se procedió a neutralizar los valores de viscosidad del fluido remanente mediante la adición de hipoclorito de sodio. Los resultados obtenidos se muestran en la tabla 2.

Tras comprobar que los valores son aptos para realizar el vertido, se bombea el agua residual a camiones cisterna para regar la obra, y evitar de esta manera la formación de polvo, reutilizando el fluido, de este modo, hasta su último exponente.

• España

En España se han realizado numerosas descargas a la red de alcantarillas de las principales ciudades del país. También se ha descargado el fluido final en Reservas Naturales, contando con el beneplácito de las autoridades competentes.

Como ejemplo, la ejecución de pilas para cimentación en la supresión de un paso a nivel. Los trabajos se desarrollaron en un lugar con especial interés medio ambiental por la presencia en la zona de una especie de rana denominada Temporaria o Bermeja, cuyo hábitat en la Península Ibérica se restringe a la cornisa cantábrica (País Vasco y Navarra) y cuya existencia se encuentra amenazada y en continua regresión. Una vez finalizada la ejecución de las cimentaciones, se procedió a la neutralización y vertido del lodo polimérico restante.

Figura 4. Rana Temporaria o Bermeja, endémica de la región norte de la Península Ibérica.

En contraposición a lodos minerales, la descarga del fluido polimérico de tercera generación G3 resulta inocua para las especies vegetales y animales que habitan el ecosistema garantizando la sustentabilidad del entorno.

• Chile

También en Chile son numerosas las ocasiones en las cuales se ha realizado el tratamiento y la descarga del polímero al medio ambiente. Un buen caso es la cimentación para un puente en la localidad de Carampangue en la Región del Biobio. Con un volumen total de excavación de 3,200 m³, al finalizar los trabajos existía un volumen de lodo polimérico a eliminar de 129 m³. Los parámetros registrados en el fluido remanente, el agua de captación y el fluido después del proceso de neutralización se observan en la Tabla 3.

Fotografía 3: Toma de parámetros del fluido utilizado en la estabilización de la perforación de pilotes durante la neutralización del mismo.

Los fluidos poliméricos suponen una alternativa a los sistemas tradicionales de estabilización como los lodos bentoníticos y las ademes metálicos (o camisas). Durante los últimos años se están produciendo grandes avances tecnológicos en el desarrollo de nuevas soluciones poliméricas que ha demostrado mejores capacidades de estabilización que la bentonita. Así, se ha demostrado que los fluidos poliméricos más desarrollados, en comparación con fluidos de naturaleza arcillosa, reducen los sobreconsumos de concreto, además de mejorar la calidad e integridad del mismo.

Las ventajas técnicas y medio ambientales derivadas del uso de polímeros biodegradables de tercera generación, están propiciando el abandono progresivo de soluciones bentoníticas como sistema estabilizador en cimentaciones.

A la vista de los resultados obtenidos tanto en los estudios en laboratorio como en obra, el Sistema G3 de polímeros de tercera generación desarrollado por GEO se ha consolidado como una opción ecológica, segura y eficaz en la estabilización de suelos en el ámbito de la ingeniería civil y geotécnica, reiterando que es el único fluido estabilizador en el mercado que posee informes medioambientalmente favorables realizados por diferentes organismos oficiales.

El Sistema G3 es sinónimo de garantías, incluso a la hora de acometer proyectos en localizaciones naturales más delicadas. Una alternativa respetuosa con nuestro planeta sin renunciar a los mejores resultados en costes, calidad y producción en obra.

Referencias bibliográficas

• Resolución nº3957, por la cual se establece la norma técnica, para el control y manejo de los vertimientos realizados a la red de alcantarillado público en el Distrito Capital, Bogotá. Junio 2009
• Norma Oficial Mexicana NOM-052-Semarnat-2005, que establece las características, el procedimiento de identificación, clasificación y los listados de los residuos. Junio de 2006
• Norma Oficial Mexicana NOM-001-Semarnat-1996/ Norma Oficial Mexicana NOM-002-Semarnat-1996 que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas, bienes nacionales y sistemas de alcantarillado urbano. Junio de 1998.
• Normativa Chilena, Decreto 46; Ministerio Secretaría General de la presidencia; Norma de emisión de residuos líquidos a aguas subterráneas; publicado 17/01/2003.
• Normativa Chilena, Decreto 90; Ministerio Secretaría General de la presidencia; Norma de emisión para la regulación de contaminantes asociados a las descargas de residuos líquidos a aguas marinas y continentales superficiales; publicado el 07/02/2000.
• Normativa Chilena, Decreto 609; Ministerio Secretaría General de la presidencia; Norma de emisión para para la regulación de contaminantes asociados a las descargas de residuos industriales líquidos a sistemas de alcantarillado; Publicado el 20/07/1998.
• Análisis del agua residual producida por el tratamiento de polímeros utilizados en cimentaciones especiales. Centro de Estudios y Experimentación de obras públicas Cedex, Septiembre de 2009.
• Estudio sobre el fluido polimérico PolyMud utilizado en la industria geotécnica según la Norma Oficial Mexicana NOM-052-Semarnat-2005, que identifica los residuos peligrosos y sus vertidos a la red de alcantarillas y medio ambiente. Laboratorios del Grupo Microanálisis, Marzo de 2014.
• Determinación de la Capacidad de Biodegradación de la Substancia Prueba Polymud (con y sin tratamiento) en medio acuoso – Método de Análisis de evolución del Dióxido de Carbono. Bioagri Ensaos e testes de Saneantes e Cosméticos Ltda, Noviembre 2011.
• Hoja de datos de Seguridad Msds de PolyMud.
• Procedimientos de trabajo de GEO.