Avaliação do Comportamento Mecânico de Geotêxtil Após
Degradação no Campo e no Laboratório
Raquel O. Salles; Paulo C. A. Maia e Marconi N. Sampaio.
Laboratório de Engenharia Civil, Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Campos dos Goytacazes, Rio de Janeiro, Brasil.
Alberto S. F. J. Sayão
Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro – PUC-Rio, Rio de Janeiro, Brasil.
RESUMO: Este trabalho apresenta uma avaliação do comportamento de Geotêxtil tecido submetido a processo de degradação natural no campo e acelerada no laboratório através do equipamento de degradação implementado. Foi analisado o comportamento mecânico através do ensaio de resistência ao puncionamento estático do material intacto e degradado no campo e no laboratório. Observou-se para Geotêxtil degradado no laboratório, em baixos níveis de degradação, a mesma tendência de variação da força de puncionamento que a verificada para a degradação no campo. Verificou-se a mesma tendência de variação da penetração na ruptura do Geotêxtil degradado no campo e no laboratório. Os resultados obtidos indicam que a degradação provocada pelo equipamento implementado reproduz satisfatoriamente as condições de degradação natural no campo.
PALAVRAS-CHAVE: Degradação, Geotêxtil, Resistência, Deformação.
1 INTRODUÇÃO
O estudo da durabilidade de materiais de construção representa uma importante linha de pesquisa para a Construção Civil. Através do estudo da durabilidade é possível definir a vida útil e adequar a utilização dos materiais de construção em função das características intrínsecas e do meio ambiente exógeno.
Na construção, alguns materiais ficam expostos ao meio, e assim sujeitos a modificações de suas características pela exposição aos agentes de degradação, ficando mais susceptíveis a modificações de suas características pelos mecanismos de intempéries comprometendo a solidez da obra. Entende-se por agentes de degradação o conjunto de fatores que atuam para modificar as características do material. Os principais agentes de degradação são de ordem climática, como por exemplo: temperatura, umidade do ar, precipitação atmosférica, vento e pressão atmosférica e outros.
Os agentes de degradação atuam nos materiais mobilizando diferentes mecanismos de degradação. Os principais mecanismos de degradação em materiais de construção são: a
abrasão, a desagregação por crescimento de cristais, a expansão devido a efeitos térmicos, o fraturamento por alívio de tensões, a hidrólise e a oxidação.
Os mecanismos de degradação atuam de forma diferenciada nos materiais de construção, sendo mobilizados em função de suas características de durabilidade e da sua composição.
Particularmente, na Engenharia Geotécnica o comportamento de alguns materiais de construção é significativamente influenciado pelas características de durabilidade e alterabilidade, como, por exemplo, os geossintéticos.
Levando-se em consideração que os projetos de engenharia são geralmente feitos para obras com vida útil bastante longa, surge a preocupação da continuidade da eficiência desses materiais com o passar do tempo, levantando-se questões quanto ao seu desempenho e durabilidade ao longo do tempo de sua vida.
Deste modo, fazem-se necessários o aprimoramento de metodologias de avaliação da degradação e do desenvolvimento de
equipamentos mais eficientes ao estudo da durabilidade de materiais de construção.
Neste sentido, o principal objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento de Geotêxteis Tecido submetido à degradação em equipamento de degradação de grandes dimensões e comparar os resultados com os obtidos por Cunha Pinto (2006) para a degradação natural no campo.
2 MATERIAL E MÉTODOS 2.1 Material de Estudo
O material utilizado na presente pesquisa é um Geotêxtil Tecido HATE/6G/240/AS, produzido a partir de laminetes de polipropileno (Figura 1).
O material de estudo foi cedido pela Huesker Ltda., empresa especializada em produção de geossintéticos.
Este Geotêxtil pode ser utilizado em obras de controle de erosão em margens de lagos e rios, em drenagem subterrânea, em revestimento de reservatórios, em controle de erosão em taludes, na construção de barragens, canais e reservatórios, desempenhando a maior variedade de funções, tais como: separação, filtração, drenagem, proteção, contenção e reforço (Huesker 2003). Deste modo, este material pode estar sujeito as mais diversas condições de degradação do meio.
Figura 1. Corpo-de-prova do Geotêxtil Tecido utilizado no ensaio de puncionamento estático.
2.2 Metodologia de Estudo
Para a avaliação da degradação de Geotêxtil Tecido foi adotada a metodologia proposta por
Maia (2001), aplicada no estudo da alterabilidade de materiais de enrocamento ilustrada no organograma mostrado na Figura 2. Vale destacar que esta metodologia foi aplicada com sucesso por Maia & Salles (2006), no estudo da degradação de rochas ornamentais e por Cunha Pinto (2006), no estudo da degradação de geotêxteis. Material de Estudo Degradação no Laboratório Degradação no Campo Parâmetros do material degradado no laboratório Parâmetros do material degradado no campo Parâmetros do material intacto
Correlação entre o tempo de degradação no campo e o tempo de degradação no laboratório
Previsão do comportamento do material a longo prazo
Figura 2. Organograma ilustrativo da metodologia para avaliação da degradação do Geotêxtil.
Fundamentalmente, esta metodologia de estudo faz a comparação dos parâmetros do geotêxtil submetido a três diferentes condições de degradação: intacta, degradada naturalmente no campo e degradada de forma acelerada no laboratório. Nesta metodologia, uma parte do material intacto é destinada para ensaios de degradação acelerada no laboratório. Após o processo de degradação, são medidos os parâmetros do material degradado no laboratório para os diferentes níveis de degradação (Maia & Salles 2006).
Na presente pesquisa, apresentam-se os resultados da degradação do material em um equipamento especial implementado para simular diferentes processos de degradação de forma simultânea no laboratório. Através da comparação das variações dos parâmetros dos materiais degradados no equipamento implementado e nos outros procedimentos de degradação em laboratório reportados por Cunha Pinto (2006), faz-se a avaliação da
representatividade e eficiência do equipamento na simulação da degradação que o material sofre no campo.
Vale ressaltar que Cunha Pinto (2006) submeteu amostras do Geotêxtil à degradação no laboratório por ciclos de lixiviação contínua utilizando equipamento Soxhlet e por ciclos de saturação e secagem.
2.3 Programa Experimental
O programa experimental foi desenvolvido visando a determinação das variações de alguns parâmetros mecânicos do Geotêxtil devido à degradação. Nesta pesquisa são considerados apenas parâmetros dos materiais quanto à resistência ao puncionamento estático. Resultados de outros ensaios são apresentados por Salles (2006).
Os ensaios de puncionamento estático foram realizados sob deformação controlada, medindo-se a resistência à penetração de um punção enquanto punciona o centro do corpo-de-prova. Os ensaios procedem com velocidade constante e igual a 50mm/min (ABNT 1995).
A penetração do punção é feita na direção perpendicular do prova. O corpo-de-prova é colocado em um suporte de fixação cilíndrico com diâmetro interno igual a 50mm e altura igual a 100mm (Figura 3). No suporte os corpos-de-prova são fixados entre dois anéis metálicos revestidos com material áspero para evitar o escorregamento do material durante o ensaio.
O punção possui diâmetro igual a 17mm (Figura 4).
Figura 3. Suporte de fixação para ensaio de puncionamento estático.
Os corpos-de-prova destinados ao ensaio de puncionamento estático são circulares com diâmetro igual a 6cm (Figura 1).
Figura 4. Punção para ensaio de puncionamento estático. Foram produzidas amostras com 50, 100, 200, 400, 800 e 1600 horas de degradação no equipamento implementado.
Vale ressaltar que foram produzidos seis corpos-de-prova para cada nível de degradação no campo e no laboratório para o ensaio de puncionamento estático.
3 EQUIPAMENTO DE DEGRADAÇÃO Para a pesquisa foi implementado um equipamento de degradação de grandes dimensões, capaz de submeter amostras de grande volume a diferentes mecanismos e processos de degradação, tornando possível simular da maneira mais representativa as condições de degradação no campo.
No equipamento, as amostras são submetidas à variação de temperatura e umidade através de dois processos de lixiviação com água destilada e posterior secagem parcial. São considerados dois níveis de temperatura da água de lixiviação que são escolhidos de acordo com o gradiente de temperatura desejado.
Nesta pesquisa, as amostras foram lixiviadas à temperatura de 65ºC e 40ºC.
A Figura 5 mostra o equipamento de degradação implementado.
O equipamento é constituído basicamente por uma câmara de degradação, onde são colocadas as amostras, dois reservatórios de água destilada, sendo um utilizado para aquecer a água através de uma resistência elétrica, e um outro utilizado para resfriar a água através de um sistema de refrigeração e um sistema de controle.
A lixiviação das amostras é feita por meio de circulação d’água dos reservatórios inferiores para a câmara de degradação através de bombas centrífugas localizadas na parte inferior dos
reservatórios d’água, que lançam a água de lixiviação para conjuntos de aspersores, localizados no topo da câmara de degradação.
Figura 5. Equipamento de degradação (Maia & Salles 2006).
Existem dois conjuntos de aspersores, um para cada sistema de lixiviação, com três aspersores em cada um. Os arpersores foram dispostos de forma intercalada para provocar a lavagem homogênea e contínua sem concentração de jatos d’água nas amostras (Figura 6). O retorno da água para o reservatório é feito por gravidade.
Figura 6. Detalhe da disposição dos aspersores no topo da câmara de degradação (Maia & Salles 2006).
4 RESULTADOS E ANÁLISES
As Figuras 7 e 8 apresentam os resultados da força de puncionamento e penetração na ruptura
do Geotêxtil degradado naturalmente no campo e no laboratório, respectivamente.
Para o geotêxtil degradado no campo e no laboratório por ciclos de saturação e secagem e lixiviação contínua, nota-se a redução dos valores da força de puncionamento com a degradação (Figura 7).
Observa-se que a força de puncionamento reduz para baixos níveis e aumenta para elevados níveis de degradação no equipamento de degradação (Figura 7).
Para avaliar a variação da força de puncionamento do Geotêxtil degradado no campo e no equipamento implementado, faz-se análise na fase inicial, correspondente a baixos níveis de degradação, onde se nota a mesma tendência de variação da força de puncionamento do Geotêxtil degradado no campo e no equipamento implementado (Figura 7). 1,0 1,5 2,0 2,5 0 600 1200 1800 2400 3000 3600
Tempo de Degradação no Laboratório (horas) 1,0
1,5 2,0 2,5
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
Tempo de Degradação no Campo (horas)
Equipamento de Degradação Lixiviação Contínua Saturação e Secagem Campo F o rç a de P u nc io na m e n to FPf (K N)
Figura 7. Força de Puncionamento na Ruptura FPf vs.
Tempo de degradação no campo e no laboratório.
Nota-se a mesma tendência de variação da penetração na ruptura do Geotêxtil degradado no campo e no laboratório (Figura 8).
Os valores da penetração na ruptura para os geotêxteis degradados no campo e no laboratório tendem a aumentar com a degradação, em relação ao material intacto (Figura 8).
Vale ressaltar que a degradação do Geotêxtil no equipamento implementado simula satisfatoriamente a degradação no campo.
Bombas Sistema de Refrigeração Reservatórios Painel de Controle Painel de Comando Câmara de Degradação
10 12 14 16
0 600 1200 1800 2400 3000 3600
Tempo de Degradação no Laboratório (horas) 10
12 14 16
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
Tempo de Degradação no Campo (horas)
P e n e tr ação P f (mm) Equipamento de Degradação Campo Saturação e Secagem Lixiviação Contínua
Figura 8. Penetração na Ruptura Pf vs. Tempo de
degradação no campo e no laboratório.
5 RELAÇÃO ENTRE OS TEMPOS DE DEGRADAÇÃO NO CAMPO E NO LABORATÓRIO
Para uma análise quantitativa, faz-se a avaliação das variações dos parâmetros estudados com o tipo ou nível de degradação através de índices de degradação (Farjallat 1972; Maia 2001; Cunha Pinto 2006; Salles 2006). Os índices de degradação fazem uma comparação entre uma determinada característica do material no estado inicial de utilização, intacto, e a mesma característica no estado degradado.
Deste modo defini-se o Índice de degradação da penetração na ruptura IPf pela
Equação 1 a seguir: 100% P P P IP f 0 f f × − = (1)
onde P0 é a penetração do material intacto e Pf
é a penetração do material degradado.
O valor do índice I varia de zero, para o material intacto, até um valor máximo, sempre menor que 100%, para o material mais degradado.
A Figura 9 mostra as variações do índice de degradação IPf com os tempos de degradação
no campo e no laboratório.
Os resultados mostram que o aumento do índice de degradação IPf indica uma redução
dos valores da penetração nos materiais degradados.
Nota-se, que para a degradação do Geotêxtil por lixiviação contínua observa-se uma tendência à estabilização da degradação (Figura 9).
A degradação do Geotêxtil por ciclos de saturação e secagem foi a mais agressiva, provocando maior degradação em menos tempo real de exposição.
Para o Geotêxtil exposto naturalmente no campo não se observa a tendência de estabilização da degradação. 0 10 20 30 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
Tempo de Degradação no Campo (Horas)
0 10 20 30 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 Ín d ice d e D e g rad ação IP f (% ) Equipamento de Degradação Lixiviação Contínua Saturação e Secagem Campo
Tempo de Degradação no Laboratório (Horas) Figura 9. Índice da penetração na ruptura vs. tempo de degradação no campo e no laboratório.
A obtenção da relação entre os tempos de degradação no campo e no laboratório é feita determinando-se o tempo de degradação no campo cujo índice de degradação no campo coincide com o índice de degradação no laboratório.
Ressalta-se que a representatividade dos procedimentos de degradação está relacionada à similaridade da variação dos índices de degradação no campo e no laboratório, além da proximidade entre os índices máximos.
A Figura 10 apresenta a relação entre o tempo de degradação no campo e o tempo de degradação no laboratório para a penetração na ruptura do Geotêxtil.
Nota-se da Figura 10 que a relação entre os tempos de degradação no laboratório e no campo são não lineares.
0 200 400 600 800 0 2000 4000 6000 8000 10000
Tempo de Degradação no Campo (h)
T e m p o d e D e g rad ação n o L a b o ra tó ri o (h ) Lixiviação Equipamento de Degradação Saturação e Secagem
Figura 10. Relação entre o tempo de degradação no campo e no laboratório do Geotêxtil.
As equações 2, 3 e 4 representam as correlações entre os tempos de degradação natural no campo e acelerada no laboratório para o Geotêxtil degradado no equipamento implementado, por lixiviação contínua e por ciclos de saturação e secagem, respectivamente.
79 , 2 000000002 , 0 Equip Nat T T = (2) 99 , 1 000008 , 0 Lix Nat T T = (3) 81 , 1 000004 , 0 Sat Nat T T = (4)
onde TNat é o tempo de degradação natural no
campo e TEquip é o tempo de degradação no
equipamento implementado, TLix é o tempo de
degradação de lixiviação contínua e TSat é o
tempo de degradação por ciclos de saturação e secagem.
Através das correlações apresentas nas Equações 2, 3 e 4 é possível determinar o tempo de degradação no laboratório que represente um determinado tempo de degradação natural no campo. E, deste modo, produzir amostras com degradação acelerada no laboratório representativa da condição de campo.
6 CONCLUSÃO
Os resultados indicam que a degradação no laboratório através do equipamento de degradação pode simular as variações de comportamento do material solicitado ao
puncionamento devido à degradação natural no campo.
Foi possível a determinação da correlação entre o tempo de degradação no campo e no laboratório. Verifica-se uma relação não-linear entre o tempo de degradação no campo e o tempo de degradação no laboratório independentemente do procedimento de degradação.
Destaca-se que, a relação entre os tempos de degradação no campo e no laboratório são válidas apenas para as condições climáticas do local de exposição natural utilizado na pesquisa. AGRADECIMENTOS
Os autores registrar agradecimentos ao CNPq e FAPERJ pelo apoio financeiro e ao Engenheiro Civil Gustavo Xavier que participou do projeto e desenvolvimento do Equipamento de Degradação.
REFERÊNCIAS
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. (1995). Geotêxteis – Determinação da resistência ao puncionamento estático - Ensaio com pistão tipo CBR. Designação da norma: ABNT - NBR 13359/95. Cunha Pinto, V. (2006). Estudo da Degradação de
Geotêxteis Tecidos. Dissertação de Mestrado.
Laboratório de Engenharia Civil, Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, RJ, 133p.
Farjallat, J. E. S. (1972). Relato sobre o Tema: Desagregabilidade de Rochas e Problemas Relativos à sua Aplicabilidade. 4ª Semana Paulista de Geologia
Aplicada, São Paulo, vol. II A, pp. 19-53.
HUESKER (2003). Catálogo de especificações de produtos. http://www.huesker.com
Maia, P.C. A. (2001). Avaliação do Comportamento Geomecânico e de Alterabilidade de Enrocamentos.
Tese de Doutorado, Departamento de Engenharia Civil da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 351 p.
Maia, P. C. A. e Salles, R. O. (2006). Estudo Experimental da Durabilidade de Rochas Ornamentais Através de Procedimentos Especiais de Laboratório. XIII Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica – IV Simpósio Brasileiro de
Mecânica das Rochas – III Congresso Luso-Brasileiro de Geotecnia , Curitiba, PR, 6p.
Salles, R. O. (2006). Estudo Experimental da
Durabilidade de Geossintéticos Através de Procedimentos Especiais de Laboratório. Dissertação
de Mestrado, Laboratório de Engenharia Civil da Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Campos dos Goytacazes, RJ, 121 p.
