O ensaio mais usual para a determinação das propriedades mecânicas de uma
geomembrana é o de resistência à tração. Apesar das várias configurações de ensaios e de corpos de prova, os ensaios unidirecionais são os mais comuns. Nestes ensaios, as extremidades dos corpos de prova são presos em um par de garras metálicas e tracionados em máquinas universais de ensaios, a uma velocidade de 50 mm/min, enquanto são registradas as deformações até a ruptura. A partir dos resultados obtidos, expressos por curvas que correlacionam forças de tração por unidade de largura versus deformação axial, podem ser obtidos os módulos de rigidez correspondentes do material.
Os ensaios de tração podem ser basicamente de dois tipos: ensaios-índices para controle de qualidade do produto ou ensaios de desempenho, com características representativas para a determinação de parâmetros de projeto. No primeiro caso, incluem-se os ensaios em faixa estreita (corpos de prova com dimensões 50 mm x100 mm) ou com corpos de prova na forma de halteres (Figura 4.7). Para geomembranas com espessuras inferiores a 1,0mm, recomenda-se a aplicação das normas ASTM D 882 ou ISO 527; para
geomembranas de maiores espessuras, são recomendadas as normas ASTM D 638 ou ISO 527 (Bueno e Vilar, 2004).
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No caso de geomembranas de PEAD, o comportamento tensão-deformação é definido por um pico característico para baixas tensões, tipicamente da ordem de 15% (Figura 4.8). Este ponto da curva define a chamada ‘tensão de escoamento’ que constitui um parâmetro característico do ensaio.
Na continuação do ensaio, o alongamento crescente do corpo de prova implica na redução da sua seção transversal e, consequentemente, uma queda dos valores das tensões medidas, para taxas constantes de deformação. Com o rearranjo das cadeias poliméricas, as tensões passam a aumentar continuamente até a condição de ruptura, sob deformações de 700% a 1200% ou até maiores.
Figura 4.8 – Comportamento tensão - deformação de geomembranas de PEAD Para restringir a tendência de contração lateral na zona central do corpo de prova durante os ensaios de tração e, assim, obter resultados mais representativos do comportamento real das geomembranas em campo, são utilizados corpos de prova com larguras maiores que os comprimentos, tipicamente 200 mm x 100 mm ou 500 mm x 100 mm (Figura 4.9) e, por isso, o método é designado por ‘ensaio de tração de faixa larga’ (ASTM D 4595).
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Estes ensaios ‘tensão - deformação’ permitem a determinação de vários parâmetros mecânicos dos geossintéticos, tais como a resistência à tração, o alongamento na força máxima e a rigidez secante ou a robustez do material.
Figura 4.9 – Ensaio de tração unidirecional em faixa larga
Podem ser utilizados diferentes tipos de garras, em função da natureza e características dos materiais a serem ensaiados. As garras devem ser suficientemente largas para abranger toda a largura dos corpos de prova e devem impedir o deslizamento dos mesmos durante o ensaio. Para monitorar a possibilidade de deslizamentos durante o ensaio, devem ser desenhadas duas linhas ao longo de toda a largura do corpo de prova junto às margens das garras.
Em geral, são utilizadas as garras de natureza compressiva, mas em alguns casos, principalmente devido a deslizamentos excessivos, podem ser usadas garras cilíndricas. Os corpos de prova devem ser colocados centrados ao longo das garras e o alinhamento ao longo do seu comprimento deve ser paralelo à direção de aplicação das forças.
4.3.2 – Resistência ao Rasgo
Outra propriedade mecânica potencialmente interessante para estimar o comportamento da geomembrana em obras geotécnicas é o ensaio de resistência ao rasgo que consiste basicamente na medição da força necessária para promover a propagação de um rasgo previamente efetuado num corpo de prova de geomembrana.
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O equipamento utilizado nos ensaios de rasgo é o mesmo utilizado para a realização dos ensaios de tração e os corpos de prova podem ser fixados por garras de compressão hidráulica, pneumáticas ou garras em cunha metálica; analogamente ao caso anterior, as garras devem impedir o deslizamento dos corpos de prova durante o ensaio, sem os danificar.
De acordo com os procedimentos da norma ASTM D 4533, o corpo de prova tem forma trapezoidal, no qual é feita uma incisão de 12 mm perpendicular ao menor lado (Figura 4.10). As forças são aplicadas até o rasgo completo do corpo de prova e a resistência ao rasgamento é definida, então, pelo valor da força máxima aplicada.
Figura 4.10 – Corpo de prova típico e arranjo do ensaio de resistência à propagação do rasgo
Outras variantes do ensaio utilizam corpos de prova cortados por um ângulo de 90 graus em sua porção central, o qual é submetido a esforços até o rasgamento (normas ASTM D 1004, por exemplo). São ensaios sem grandes atrativos do ponto de vista da definição de parâmetros de projeto, mas que apresentam um potencial de aplicabilidade muito grande como instrumento de avaliação do comportamento de geomembranas in situ, pelo caráter relativo das medições efetuadas de maneira simples e de forma bastante controlada em laboratório.
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4.3.3 – Resistência ao Puncionamento
A resistência ao puncionamento pode ser determinada por meio de ensaios estáticos ou dinâmicos (normas ASTM D 4833 e 1424, respectivamente). No primeiro caso, o ensaio consiste na aplicação, a velocidade constante, de esforços estáticos induzidos por uma haste ou um pistão padronizado (Figura 4.11) que é pressionado sobre um corpo de prova de geomembrana posicionado sobre uma base vazada. O equipamento utilizado para a realização dos ensaios de puncionamento estático é o mesmo usado para os ensaios de tração e rasgamento, neste caso operando sob esforços de compressão.
Figura 4.11 – Arranjo típico do ensaio de puncionamento estático
Durante o ensaio, o pistão avança continua e perpendicularmente através do corpo de prova a uma velocidade constante de 50 ± 10 mm/min, até ocorrer a ruptura do mesmo, sendo que a base tem que garantir uma efetiva fixação e impedir quaisquer deslizamentos do corpo de prova ensaiado. Os valores da força de pressão aplicada e do deslocamento correspondente são continuamente registrados durante o ensaio.
Os resultados obtidos a partir de um ensaio de puncionamento estático incluem normalmente o valor médio da força de puncionamento máxima (resistência ao puncionamento da geomembrana) e o valor médio do deslocamento para a força máxima registrada, para o conjunto de corpos de prova ensaiados, bem como os respectivos valores de desvio padrão e/ou coeficientes de variação. A resistência ao
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puncionamento dos geossintéticos após a exposição aos vários agentes de degradação pode ser expressa em termos de resistência residual (em %), obtida pela relação entre as resistências ao puncionamento das amostras expostas e das amostras de referência (não expostas).
No ensaio dinâmico, o efeito do puncionamento é dado pelo diâmetro do furo causado ao corpo de prova posicionado na base do equipamento mediante a queda livre de um cone padronizado de 550g de uma altura de 500 mm (Figura 4.12). Mede-se o diâmetro do furo através da introdução no mesmo de um cone graduado. O cone graduado mede o diâmetro do furo até 50±0,1 mm, apresenta um comprimento de 200±0,1mm e cada divisão do mesmo corresponde um incremento do diâmetro de 2 mm.
Figura 4.12 – Arranjo típico do ensaio de puncionamento dinâmico
4.4 – PROPRIEDADES TÉRMICAS PARA ANÁLISES DE DURABILIDADE