Materiais constituintes dos geossintéticos

Segundo Lopes & Lopes (2010) as matérias primas utilizadas na fabricação de geossintéticos dividem-se em dois grandes grupos: naturais e químicos. Enquanto as matérias primas naturais podem ter origem vegetal e animal, as matérias primas químicas dividem-se em orgânicas (polímeros naturais transformados e polímeros sintéticos) e inorgânicas (minerais como vidro e metais).

Os materiais mais utilizados na fabricação dos geossintéticos são de tipo orgânico sintético obtido a partir da destilação do petróleo. Os materiais orgânicos sintéticos se classificam em dois tipos: termoplásticos e termorrígidos. Os termoplásticos podem amolecer e endurecer por aquecimento e esfriamento, respetivamente. Já os termorrígidos quando endurecem, partindo do estado de fusão, não podem amolecer novamente pela ação do calor. Os termoplásticos são os materiais mais utilizados na fabricação dos geossintéticos e as propriedades desses materiais dependem da sua estrutura, aditivos empregados e processo de fabricação (Lopes & Lopes, 2010).

2 REVISÃO BIBLIÓGRAFICA

2.1 GEOSSINTÉTICOS EMPREGADOS NA RESTAURAÇÃO DE PAVIMENTOS

7 Segundo Lotti & Bueno (2015) os geossintéticos são constituídos essencialmente por polímeros e, em menor escala, por aditivos. Os aditivos têm função de introduzir melhoras no processo de fabricação ou modificar aspectos do comportamento do polímero básico. Os polímeros resultam do encadeamento de átomos de carbono, formando uma cadeia carbônica associada ou não a grupos funcionais, estruturados a partir de pequenas unidades de repetição denominadas monômeros.

Os polímeros apresentam duas morfologias típicas, amorfa e cristalina. O estado amorfo caracteriza-se por uma completa ausência de ordem entre as moléculas. Uma imagem simples, utilizada na engenharia de polímeros para representar esse estado, é a de um prato de espaguete. Cada macromolécula seria um fio de macarrão, que se entrelaça aleatoriamente com os vizinhos. No estado cristalino, ao contrário, as moléculas são orientadas ao alinhadas, à semelhança da estrutura de um cristal. Como esses dois estados coexistem e a cristalinidade nunca atinge 100%, os polímeros são em geral tidos como amorfos e semicristalinos. Quanto maior a cristalinidade maior a rigidez, estabilidade dimensional, resistência química, resistência à abrasão, temperatura de fusão e de transição vítrea. A existência de regiões amorfas e cristalinas num polímero afeta dois parâmetros importantes: temperatura de transição vítrea e o ponto de fusão (Lotti & Bueno, 2015).

A temperatura de transição vítrea (Tg), indica a mudança de comportamento do polímero de um

estado sólido para outro denominado de mobilidade, quando o material se torna mais deformável. Acima desse estado, as zonas amorfas acham-se excitadas e em movimento constante (Lotti & Bueno, 2015). Para temperaturas inferiores à Tg,a resposta do material é

rígida e frágil, enquanto que para temperaturas superiores a resposta é mais dúctil. O ponto de fusão (Tf) é a temperatura para a qual as forças que ligam as moléculas nas regiões cristalinas

são ultrapassadas pela energia térmica (Lopes & Lopes, 2010).

Segundo Shukla (2002), os principais polímeros utilizados na fabricação dos geossintéticos são: polietileno (PE) (polietilenos de muito baixa densidade (PEMBD), polietilenos de média densidade (PEMD) e polietilenos de alta densidade (PEAD)), poliestireno expandido (EPS), polipropileno (PP), polivinil clorado (PVC), poliéster (PET), poliestireno (PS) e poliamida (PA). A seguir descrevem-se as características dos mais importantes polímeros utilizados como matéria prima na fabricação dos geossintéticos para uso em revestimentos asfálticos:

Poliéster (PET): produto resultante da polimerização de etileno glicol e dimetiltereftalato ou

8 porque sua estrutura molecular contém oxigênio. Quando são necessários geossintéticos com alta resistência à tração, utilizam-se cadeias moleculares mais pesadas. Sob condições de acidez ou elevada alcalinidade, os trechos da cadeia em éster podem sofrer hidrólise (Lotti & Bueno, 2015). O poliéster geralmente é utilizado acima da sua temperatura de transição vítrea, por apresentar boas propriedades mecânicas e, quanto à resistência química, apresenta uma boa resistência em relação à maioria dos ácidos e muitos solventes (Lopes & Lopes, 2010).

De maneira geral as propriedades térmicas e mecânicas do PET são : percentagem de cristalinidade : < 40%, temperatura de transição vítrea (Tg): 70ºC - 74 ºC, temperatura de fusão

(Tf): 250ºC - 270 ºC, Resistência à tração: 48 MPa – 72 MPa, deformação na ruptura: 50% -

300% (Lotti & Bueno, 2015).

Fibras de vidro (GF): a fibra de vidro é um dos materiais mais resistentes e mais comumente

empregados como material de reforço estrutural na engenharia civil. Os tipos comerciais da fibra de vidro apresentam valores de resistência à tração acima de 4800 MPa.

As fibras de vidro são geralmente fabricadas por meio de um processo de fusão direta, no qual filamentos de diâmetro muito pequeno (3 µm – 24 µm) sofrem extrusão a altas velocidades, gerando o material com as características requeridas. Devido ao fato de que as fibras de vidro são altamente abrasivas e para facilitar o processo de fabricação, elas são impregnadas com uma resina de Poliéster que permitirá mantê-las juntas, o que irá a garantir uma ligação química com outros aditivos que definirão o desempenho final do material.

As fibras de vidro são fabricadas a base de compostos de sílica e contêm alguns óxidos de metais; o principal óxido é a sílica no formato de areia. Outros óxidos como aqueles que contem cálcio, sódio e alumínio, são incorporados para reduzir a temperatura de fusão e impedir a cristalização.

É importante mencionar que os raios ultravioletas (UV) não atacam a fibra de vidro, pois as fibras tendem a refletir a luz UV e, consequentemente, esta ação previne que os raios passem através das primeiras camadas do material.

De maneira geral, as propriedades mecânicas das fibras de vidro são: Módulo de Young (E): 72,4 GPa, resistência à tração: 2400 MPa, deformação na ruptura: 3,5% (Hollaway & Head, 2001).

9

Poly vinyl alcohol (PVA): é a resina sintética, solúvel em água, produzida em maior volume

no mundo. É produzida comercialmente pela hidrólise de acetato de polivinyla (PVAc). As propriedades básicas dependem do grau de polimerização e do grau de hidrólise. Este polímero é um excelente adesivo, possui boa resistência a solventes orgânicos, óleos e graxas.

O PVA apresenta uma elevada resistência à tração com uma flexibilidade satisfatória. Para melhorar a flexibilidade do PVA, o polímero é plastificado com compostos de baixo peso molecular. De maneira geral, as propriedades térmicas e mecânicas do PVA são: percentagem de cristalinidade: 60% - 70%, temperatura de transição vítrea (Tg): 85ºC, Resistência à tração:

65 MPa – 120 MPa, deformação na ruptura: 0% - 3% (Jelinska et al., 2010).

2.1.2 Tipos de geossintéticos