COMPORTAMENTO DA GEOMEMBRANA DE PEAD EXPOSTA AO ENVELHECIMENTO ACELERADO

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1 COMPORTAMENTO DA GEOMEMBRANA DE PEAD EXPOSTA AO ENVELHECIMENTO ACELERADO Marcos F. L. Coelho 1, Fernando L. Lavoie 2* 1 - Departamento da Qualidade, Tecelagem Roma Ltda, Tatuí, SP, qualidade@roma.ind.br 2 - Departamento de Engenharia Civil, Instituto Mauá de Tecnologia, São Caetano do Sul, SP, fernando.lavoie@maua.br Resumo: As geomembranas de PEAD são frequentemente utilizadas em obras civis, com a função de barreira de fluxo para água, resíduos sólidos e resíduos líquidos. Muitas vezes nestas aplicações o produto fica exposto às intempéries por toda a vida útil da obra. Esta pesquisa teve como intuito avaliar o comportamento de duas amostras de geomembranas de PEAD lisas de 0,8 mm e 2,0 mm de espessura, submetidas ao envelhecimento acelerado de até horas. Os resultados dos ensaios realizados em uma câmara de envelhecimento acelerado mostraram perdas médias na propriedade de alongamento à tração na ruptura em torno de 20% após horas de ensaio, e perdas médias menos acentuadas após horas de ensaio, que variaram de 11% para a geomembrana de 0,8 mm e 3% para o modelo de 2,0 mm. Portanto, foi possível verificar que mesmo após a exposição acelerada às intempéries equivalente a 15 anos, o produto ainda retêm mais de 50% de seu alongamento original, estando ainda apto a aplicação a que se destina. Percebe-se, no entanto, uma tendência da redução das propriedades mecânicas após horas de exposição ao envelhecimento, devendo-se, portanto, avaliar o material para prazos mais longos. Palavras-chave: Geomembrana; Polietileno de Alta Densidade; Envelhecimento Acelerado; Intemperismo. EXPOSED HDPE GEOMEMBRANE BEHAVIOR TO ACCELERATED AGING Abstract: The HDPE geomembranes are often used in civil construction sites, with the function of a flow barrier for water, solid waste and liquid waste. Often in these applications this product is exposed to the weather for the longterm life of the construction site in question. This study aimed to evaluate the behavior of two samples of smooth HDPE geomembranes of 0.8 mm and 2.0 mm submitted to accelerated aging of up to 15,000 hours. The results of the tests performed on an accelerated aging chamber showed average losses in tensile elongation at break at around 20% after 5,000 test hours, and less significant mean losses after 15,000 test hours, ranging from 11% for the geomembrane of 0.8 mm and 3% for the 2.0 mm one. Therefore, it was possible to verify that even after the accelerated exposure to the weather equivalent to 15 years, the product still retains more than 50% of its original stretch, and is still suitable for its intended application. However, there is a tendency to reduce the mechanical properties after 15,000 hours of exposure to aging, and it is therefore necessary to evaluate the material for longer periods. Keywords: Geomembrane; High Density Polyethylene; Accelerated Aging; Weathering. Introdução A Geomembrana de PEAD (polietileno de alta densidade) é um geossintético produzido a partir de resinas sintéticas de PE (polietileno) e aditivos. O PE é um termoplástico bastante cristalino, tendose em vista o elevado empacotamento de suas cadeias poliméricas e, consequentemente, possui alta resistência química, devido à dificuldade de ser permeado por gases, líquidos e vapores, sendo atualmente praticamente obrigatório na construção de barreiras impermeabilizantes em obras civis. Porém, em aplicações nas quais se tem a necessidade de exposição a intempéries, o produto sofre um processo de degradação, sendo necessário entender o seu comportamento nesta situação.

2 A aplicação de geomembranas em obras civis é bastante vasta, tendo seu uso indicado na contenção de líquidos, seja para contenção de água para irrigação, bem como para contenção dos efluentes gerados na produção agrícola. Canais com a função de coleta de água para irrigação, bem como para a geração de energia em pequenas centrais hidroelétricas (PCH s) ou em canais de adução em usinas hidroelétricas também são comumente revestidos com geomembranas. Na base de biodigestores também são instaladas geomembranas, bem como são utilizadas mantas flexíveis na cúpula deste tipo de estrutura. A Figura 1 apresenta a aplicação de uma geomembrana para um reservatório de água para irrigação em um cultivo. Figura 1: Reservatório de Água para Irrigação Revestido por uma Geomembrana. Este tipo de geossintético termoplástico também é utilizado como barreira de fluxo em bases de aterros de resíduos, e em bases de depósitos de rejeitos de mineração, como revestimento de fundo em lagoas de efluentes industriais, em lagoas para tratamento de esgoto, em lagoas para tratamento de chorume, e em lagoas para tratamento de água. Atualmente tem-se iniciado o uso de geomembranas na cobertura de aterros de resíduos, com bons ganhos ao sistema de cobertura final. A manta de PEAD possui capacidade de manter as suas propriedades físicas e mecânicas, mesmo sob longa exposição à radiação ultravioleta (UV) em campo, garantindo longevidade, graças aos seus aditivos adicionados a resina virgem de PEAD, que são os antioxidantes, termoestabilizantes e negro de fumo. Sendo assim, o estudo em laboratório do envelhecimento acelerado é fundamental para o entendimento do comportamento do material nestas condições de exposição, de forma a garantir o bom desempenho do produto durante toda a vida útil de uma obra civil. O objetivo desta pesquisa foi analisar o comportamento da geomembrana após exposição acelerada de horas (equivalente a 15 anos de exposição natural), por meio dos resultados de ensaios de tração na ruptura de amostras virgens e expostas. De acordo com Martin, 2005, um método de energia equivalente é utilizado para estabelecer uma relação de horas de exposição às intempéries em laboratório com 1 ano de exposição natural. Esta relação se mostrou satisfatória na comparação realizada com envelhecimento natural e acelerado em laboratório, assim como em estudos semelhantes realizados na literatura. Experimental Foram ensaiadas amostras de geomembrana lisa de PEAD 0,80 mm e 2,0 mm virgens e confeccionados os corpos de provas para os ensaios de tração, de acordo com a metodologia da norma ASTM D6693 (Figura 2). Após a realização dos ensaios de tração, as amostras foram expostas aos ciclos alternados de radiação UV e condensação na câmara de envelhecimento acelerado (Figura 3), de acordo com a ASTM G154.

3 Figura 2: Ensaio de tração em andamento na máquina universal de ensaios. Figura 3: Câmara de ensaio de envelhecimento acelerado. Com base na experiência de pesquisas com geomembranas de PEAD, como a de Wagner & Ramsey, 2003, decidiu-se acelerar as condições de intemperismo comparadas à luz solar. As lâmpadas UVB utilizadas para a exposição emitem níveis mais elevados de radiação UV com um comprimento de onda de 300 nm, sendo este o comprimento de onda mais prejudicial ao polietileno. As lâmpadas UVB são mais agressivas do que a luz solar natural em materiais, emitindo radiação de comprimento de onda mais curto (energia mais alta) abaixo 300 nm, comprimento que não é encontrado na luz solar natural. Às horas de intemperismo acelerado foram alternadas em 8 horas na luz UV a 0,80 W/m 2 / nm (medida no comprimento de onda de pico de 313 nm) e uma temperatura de 60 C, seguido de um ciclo de condensação de 4 horas a 50 C. Para a avaliação dos resultados, foram comparados os resultados de alongamento sob tração na ruptura dos corpos de provas submetidos ao envelhecimento acelerado com os resultados dos corpos de provas intactos, para horas e horas de ensaio. Resultados e Discussão Na Tabela 1 são apresentados os resultados de alongamento na ruptura dos ensaios de tração realizados nas amostras virgens e envelhecidas em laboratório para horas e horas de

4 ensaio. Os ensaios de tração foram feitos nas direções longitudinal à fabricação e transversal à fabricação. Tabela 1: Resultados de alongamento sob tração das geomembranas analisadas. Geomembrana Alongamento sob Tração Alongamento sob Tração Alongamento sob Tração Direção Longitudinal (%) Direção Transversal (%) Médio (%) 0,8 mm - Virgem ,8 mm horas ,8 mm horas ,0 mm - Virgem ,0 mm horas ,0 mm horas Os resultados da exposição ao envelhecimento acelerado de horas e horas são mostrados na figura 4. As amostras não apresentaram sinais visíveis de degradação. Figura 4: Curvas obtidas a partir dos resultados médios dos ensaios de tração na ruptura (alongamento em %) para as amostras de geomembranas de 0,80 mm e 2,0 mm intactas, após horas de ensaio e após horas de ensaio de envelhecimento acelerado. A geomembrana de PEAD de 0,80 mm apresentou perda média de 16% na propriedade de alongamento sob tração na ruptura após horas de exposição acelerada e apresentou perda média de 11% para a mesma propriedade após horas de exposição acelerada. A geomembrana de PEAD de 2,0 mm apresentou perda média de 21% na propriedade de alongamento sob tração na ruptura após horas de exposição acelerada e apresentou perda média de 3% para a mesma propriedade após horas de exposição acelerada. Os dois modelos de geomembrana apresentaram comportamentos semelhantes na variação do alongamento à tração na ruptura, ou seja, perda mais acentuada após horas de exposição ao envelhecimento acelerado, e perda menos acentuada na mesma propriedade após horas de exposição ao envelhecimento acelerado. Com relação às análises nas duas direções ensaiadas, longitudinal à fabricação e transversal à fabricação, percebe-se que a variação no alongamento foi menos acentuada na direção longitudinal para ambas espessuras ensaiadas. Já na direção transversal, fica claro o mesmo comportamento observado nos valores médios para as duas espessuras analisadas. Dentre os efeitos da luz UV nas geomembranas de PEAD, destaca-se o enrijecimento, podendo-se o material tornar-se quebradiço, iniciar-se a formação de radicais livres, e, consequentemente, dar-se o início a degradação oxidativa. Os aumentos observados nos alongamentos dos dois modelos de geomembrana entre horas de exposição e horas de exposição deve-se, provavelmente, ao início de um processo de alteração estrutural por reticulação e alteração do grau de cristalinidade do polímero, em que a tendência, em longo prazo, é a redução dos valores das propriedades

5 mecânicas do material. Há, portanto, uma tendência da redução das propriedades mecânicas após horas de exposição acelerada a intempéries para o material em estudo. Conclusões A Geomembrana de PEAD é dimensionada para suportar as mais diversas solicitações químicas, físicas e ambientais, devendo possuir a capacidade de manter as suas características originais, mesmo sob longa exposição à radiação ultravioleta (UV). Os resultados dos ensaios realizados em uma câmara de envelhecimento acelerado mostraram perdas médias na propriedade de alongamento à tração na ruptura em torno de 20% após horas de ensaio, e perdas médias menos acentuadas após horas de ensaio, que variaram de 11% para a geomembrana de 0,8 mm e 3% para o modelo de 2,0 mm. Portanto, foi possível verificar que mesmo após a exposição acelerada às intempéries equivalente a 15 anos, o produto ainda retêm mais de 50% de seu alongamento original, estando ainda apto a aplicação a que se destina. Percebe-se, no entanto, uma tendência da redução das propriedades mecânicas após horas de exposição ao envelhecimento, devendo-se, portanto, avaliar o material para prazos mais longos. Agradecimentos A Tecelagem Roma Ltda, pelo apoio dado a esta pesquisa, com o intuito de entender melhor o comportamento da geomembrana de PEAD sob a ação das intempéries, buscando produzir um produto apto a garantir um bom desempenho ao longo de toda a vida útil das obras a que se destina. Referências Bibliográficas American Society for Testing and Materials (2001). ASTM D6693: Standard Test Method for Determining Tensile Properties of Nonreinforced Polyethylene and Nonreinforced Flexible Polypropylene Geomembranes. Philadelphia. American Society for Testing and Materials (2016). ASTM G154: Standard Practice for Operating Fluorescent Ultraviolet (UV) Lamp Apparatus for Exposure of Nonmetallic Materials. Philadelphia. Martin, D., UV Resistance In Thin Film Geomembranes Accelerated and Natural Weathering Studies, GSP 142 Waste Containment and Remediation ASCE, Canada, Vertematti, J.C. Ed.; Manual Brasileiro de Geossintéticos. São Paulo: Ed. Edgard Blücher, 2015, vol 2. Wagner, N., and Ramsey, B. QUV accelerated weathering study: Analysis of polyethylene film and sheet samples. Technical Document by GSE Lining Technology, Inc., Houston, TX, 2003.