Avaliação das Propriedades de Geomembranas por meio de
5.3 ENSAIOS PARA ESTUDOS DE DURABILIDADE
Os ensaios para avaliação da durabilidade da geomembrana foram selecionados dentre aqueles realizados para a identificação (ou caracterização) da geomembrana, de modo a obter dados sobre características mecânicas e químicas da mesma. As propriedades listadas na Tabela 5.2 foram as
selecionadas como as de maior interesse para o estudo. Alguns ensaios, como o de determinação da gramatura e da espessura nominal, foram realizados objetivando unicamente a caracterização do material, enquanto que os demais, representativos de mudanças ocorridas em certas propriedades do material instalado e deixado exposto na face de montante de barragens, foram selecionados visando também sua aplicação no Modelo de Arrhenius.
A metodologia empregada para avaliação do tempo de vida útil da geomembrana de PVC-P, por meio do modelo de Arrhenius, seguiu as recomendações de normas internacionais. A norma 11346 da International Organization for Standardization (ISO, 1997) fornece o roteiro para a aplicação do modelo em materiais do tipo borrachas, vulcanizados ou termoplásticos. A ISO 2578 (ISO, 1993a) estabelece os limites de tempo e temperatura de incubação em estufas. O envelhecimento térmico foi conduzido em estufas com circulação de ar, seguindo prescrições da ISO 188 (ISO, 1998). Temperaturas de 65, 80 e 95o C foram escolhidas para induzir uma degradação física do material. Após diferentes tempos de incubação (1, 2, 4, 16, 32 e 64 semanas), sob a ação de cada temperatura citada anteriormente, amostras foram removidas das estufas e testadas segundo os métodos enumerados na Tabela 5.2.
Tabela 5.2 - Propriedades analisadas para aplicação no modelo de Arrhenius.
Propriedade Unidade Método de ensaio
Gramatura g/m2 EN 965
Espessura nominal mm ASTM D5199
Dureza Shore A [ ] ISO 868
Densidade kg/m3 ISO 1183
Resistência a tração na ruptura - L MPa Resistência a tração na ruptura - T MPa
Alongamento na ruptura - L %
Alongamento na ruptura - T %
Módulo a 100% de deformação - L MPa Módulo a 100% de deformação - T MPa
ASTM D638 “halteres” v=50 mm/min
Análise termogravimétrica (TGA) % EN ISO 11358
Conteúdo de plastificantes % ISO 6427
Flexibilidade a baixas temperaturas º C EN 495-5
Nota: L= amostra extraída no sentido longitudinal da bobina; T= amostra extraída no sentido transversal da bobina.
As temperaturas de incubação foram definidas após testes preliminares em amostras de geomembrana de PVC-P incubadas em estufa e em um equipamento de radiação UV por um período de 32 dias. A temperatura de incubação foi fixada em 80o C em ambos os casos e a retirada
das amostras para realização dos ensaios seguiu a escala de tempo logarítmica: 1, 2, 4, 8, 16 e 32 dias. Foram realizados ensaios de tração uniaxial segundo a norma D 638, da American Society for Testing and Materials (ASTM, 1991), nos quais foram obtidos: a resistência, a deformação e o módulo secante na ruptura. O curto período de tempo e a temperatura relativamente baixa não provocaram mudanças significativas nas propriedades do material. Paralelamente, foi testado o acondicionamento da geomembrana em estufa a uma temperatura de 110o C. À temperatura mais elevada, foi observada uma tendência de redução da deformação na ruptura, embora os valores na resistência tenham se mantido constantes.
A escolha das temperaturas (65, 80 e 95o C) se baseou em ensaios preliminares e nas recomendações da literatura técnica, em especial nas da norma ISO 2578 (ISO, 1993a). Para o período de tempo em que as amostras ficariam incubadas (64 semanas), a temperatura de 110o C, testada preliminarmente, parecia muita elevada e poderia ocasionar alterações na estrutura química do polímero, fenômeno que não era esperado que acontecesse em campo, aonde a temperatura chegaria a, no máximo, 50o C, mesmo em países de clima áridos. Além disso, foi considerado o fato de que as reações químicas a altas temperaturas não pudessem ser as mesmas a baixas temperaturas, como a do ambiente. Na aplicação do modelo, portanto, a extrapolação fica limitada a no máximo 40o C abaixo da temperatura de incubação mais baixa, ou seja, adotando 65o C como o ponto inferior da curva, a extrapolação pode ser feita para uma temperatura ambiente de até 25o C.
5.3.1 Procedimento experimental
Primeiramente foi feito um levantamento da quantidade necessária de material para a realização dos ensaios enumerados na Tabela 5.2. Uma bobina de geomembrana de PVC-P (2,1 x 25 m) foi disponibilizada para a pesquisa. No total foram cortadas e enumeradas vinte e sete folhas de PVC de dimensões 25x43 centímetros. Em cada estufa (cujas dimensões são apresentadas na Tabela 5.3) foram dispostas nove folhas, das quais três eram reservas para o caso de uma extensão do tempo de incubação ou perda de material em ensaios. A Figura 5.1 mostra de que forma foram obtidos os corpos-de-prova, tomando o cuidado de deixar um afastamento de 1,5 cm das laterais e parte inferior e de 3,5 cm na parte superior, onde a folha foi perfurada e fixada na haste metálica. À medida que os corpos-de-prova eram cortados, era assinalado em uma de suas faces o sentido em que a amostra foi obtida (longitudinal ou transversal) e o seu respectivo número.
2
5
c
m
43 cm
Gramatura, Espessura nominal, Densidade e Dureza (D=100 mm) 1 ,5 3 ,5 Tração uniaxial Flexibilidade a baixas temperaturas (50x100mm)
Conteúdo de plastificante e Análise TGA
1,5 1,5
Figura 5.1 – Disposição esquemática dos corpos-de-prova nas folhas de PVC.
Tabela 5.3 – Dimensões internas das estufas utilizadas para a incubação das amostras.
Número da Estufa Temperatura Largura (cm) Altura (cm) Profundidade (cm)
1 65o C 59 65 65
2 80o C 60 140 56
3 95o C 60 115 56
Após a definição da distribuição dos corpos-de-prova em cada folha, o programa experimental de envelhecimento, conduzido no Laboratório de Geossintéticos do CESI em Milão, seguiu os seguintes procedimentos:
¾ Nove folhas de geomembrana foram incubadas à temperatura definida (65, 80 e 95o C) em sua respectiva estufa. As folhas foram fixadas em uma barra metálica e colocadas suspensas no estufa de modo que a distância mínima entre elas ficasse em torno de 20 mm, e destas com as paredes da estufa a uma distância de 50 mm. A Figura 5.2 mostra o estufa utilizado para envelhecimento das amostras a 95o C e o modo como as folhas foram dispostas;
¾ No tempo determinado, as folhas foram removidas de cada estufa e acondicionadas em uma sala climatizada por 24 h, a 23o C e umidade relativa de 50%, conforme as especificações da ISO 554 (ISO, 1976);
¾ Quando atingida a temperatura ambiente, as amostras eram cortadas com o auxílio de moldes padronizados, identificadas e acondicionadas novamente na câmara climatizada;
¾ Os diferentes ensaios para determinação das propriedades listadas na Tabela 5.2 foram então conduzidos nas amostras envelhecidas dentro de um período máximo de 72 h;
¾ Os resultados das diferentes propriedades foram plotados e comparados aos resultados dos ensaios conduzidos previamente em amostras virgens.
Figura 5.2 – Acondicionamento das amostras em estufa.