AVALIAÇÃO COMPARATIVA DA RESISTÊNCIA QUÍMICA E AO PUNCIONAMENTO DE GEOTÊXTEIS NÃO TECIDOS DE PP E PET

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1 GEOSSINTÉTICOS AVALIAÇÃO COMPARATIVA DA RESISTÊNCIA QUÍMICA E AO PUNCIONAMENTO DE GEOTÊXTEIS NÃO TECIDOS DE PP E PET 1 INTRODUÇÃO O geotêxtil não tecido é o produto mais antigo da família dos geossintéticos fabricados no Brasil. Dentre as suas funções em uma obra geotécnica destacam-se a filtração, separação, estabilização e proteção. Os dois tipos de polímeros utilizados para a fabricação dos geotêxteis não tecidos nacionais são o PP (Polipropileno) e o PET (Poliéster), sendo que o polipropileno se destaca devido a sua alta resistência aos agentes químicos. Quando um geotêxtil é utilizado em aplicações de engenharia, é esperado que ele desempenhe uma função em particular por um período mínimo de tempo de acordo com os requisitos da aplicação. Neste sentido, para a avaliação da durabilidade dos geossintéticos é necessário o estudo dos efeitos do tempo sobre as propriedades funcionais do material. A durabilidade de geotêxteis não tecidos (ou resistência à degradação) está relacionada com a alteração das propriedades relevantes do material em função do tempo e depende de fatores tais como: estrutura química do polímero utilizado; processo de manufatura do geotêxtil; das condições físicas e químicas do ambiente onde a estrutura será empregada; do processo de instalação e das diferentes solicitações durante o uso. Desta forma, é imprescindível a correta especificação do tipo de polímero a ser utilizado em função do ambiente e solicitações durante o uso que o geotêxtil não tecido deverá atender. Figura 1 Aplicação do geotêxtil não tecido de polipropileno em uma área de resíduos de bauxita O polipropileno é uma poliolefina termoplástica obtida através da polimerização do monômero propeno. Devido a sua composição química e estrutura molecular é um dos mais estáveis e inertes polímeros conhecidos, e pode sofrer degradação oxidativa, no entanto, o uso de aditivos antioxidantes protege o polímero deste efeito. Portanto, os geotêxteis fabricados a partir de fibras de polipropileno apresentam alta resistência à degradação em meios ácidos, álcalis e da maioria de solventes, sendo o mais indicado em ambientes agressivos como aterros sanitários, lagoas de rejeitos em mineração e aplicação em contato com o concreto. Apresenta ainda uma densidade relativamente baixa (0,905 g/cm 3 ), fazendo com que seja possível obter uma maior quantidade de fibras por unidade de área, quando comparado a outras resinas como PET e PA (Poliamida). O polietileno tereftalato é um polímero produzido através da condensação de dois monômeros: acido tereftálico e etileno glicol. O PET apresenta boas propriedades mecânicas, baixa fluência e boa resistência térmica. No entanto, a ligação éster da estrutura molecular pode ser hidrolisada na presença de água, sendo que esta reação é acelerada em ambientes alcalinos (ou seja, com ph elevado). Neste contexto, este estudo tem como objetivo a avaliação comparativa de 100 FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS Geossintetico.indd /06/15 12:51

2 Figura 3 Aplicação do geotêxtil não tecido de polipropileno em um canal de macrodrenagem em contato com concreto Figura 2 Aplicação do geotêxtil não tecido de polipropileno em um aterro de resíduos sólidos urbanos geotêxteis de Polipropileno e Poliéster submetidos à exposição em diferentes meios químicos e monitoramento de diversas propriedades com o tempo. 2 APLICAÇÕES DO GEOTÊXTIL NÃO TECIDO DE POLIPROPILENO EM OBRAS GEOTÉCNICAS O geotêxtil não tecido de polipropileno é correntemente especificado em obras nas quais há exigência de resistência ao ataque de agentes químicos. São em geral obras de grande porte de infraestrutura, obras de mineração e obras relativas à implantação e operação de aterros de resíduos. Nestes casos, o contato com um ou mais agentes químicos presentes no líquido percolado, no caso de aterros de resíduos sólidos, ou presentes nos rejeitos, no caso de mineração, pode provocar degradação acentuada do material. Assim, o geotêxtil não tecido mal especificado pode comprometer o sistema a qual foi projetado, podendo causar grandes danos, tanto em termos ambientais, quanto em termos financeiros. Na Figura 1 é mostrada a aplicação de um geotêxtil não tecido de polipropileno em uma área de resíduos de bauxita. Na Figura 2 pode ser vista a aplicação de um geotêxtil não tecido de polipropileno como elemento de proteção da camada de impermeabilização (geomembrana de PEAD Polietileno de Alta Densidade) em um aterro de resíduos sólidos urbanos. Em obras de infraestrutura nas quais haja necessidade de construção de canais de macrodrenagem, o geotêxtil não tecido é utilizado como elemento separador entre o subleito e a camada de concreto. Neste caso, a utilização do geotêxtil não tecido de polipropileno evita a degradação catalizada pela reação do álcalis do cimento. A Figura 3 ilustra uma aplicação do geotêxtil não tecido de polipropileno como elemento de separação em um canal de macrodrenagem. 3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 Exposição dos geotêxteis não tecidos a diferentes meios químicos Os ensaios apresentados neste estudo foram realizados no TRI/Enviromental (Texas Research International), para a determinação da resistência química de um geotêxtil de polipropileno (GTX-N PP) e um geotêxtil de poliéster (GTX-N PET) em quatro meios de imersão conforme descrito a seguir: - ph baixo (HCl; ph = 3); - ph elevado (Ca(OH)2; ph = 11); - Percolado sintético de aterros sanitários; - Água deionizada. Os produtos selecionados para os ensaios foram geotêxteis com gramaturas nominais de 200 g/m 2, fornecidos pela Ober SA. O objetivo destes ensaios foi determinar as alterações de propriedades dos geotêxteis provocadas pela exposição às substâncias químicas em combinação com temperatura elevada. As alterações nas propriedades físicas e mecânicas foram medidas após a exposição aos meios de imersão a 50 C por 120 dias, conforme especificado na norma ASTM (American Society for Testing and Materials) D6389. O percolado sintético foi enriquecido com 100 ppm de Tolueno, MEK e fenol. As soluções de Ca(OH)2 ph11 e HClpH3 foram monitoradas com relação ao ph a cada 30 dias com ajustes conforme necessário, visando assegurar a consistência do ambiente de exposição. A água utilizada para a exposição foi água deionizada. Tiras de geotêxtil foram expostas ao meio de imersão, seguindo as especificações da norma ASTM D5322. Os tanques utilizados para estes exposições foram mantidos a 50 +/- 2 C ao longo do período de exposição de 120 dias. Os tanques foram construídos a partir de vidro ou de aço inoxidável, equipados com agitadores e aquecidos com um sistema circulador de água quente. Também foram selados com uma tampa, e um condensador de refluxo foi instalado para reduzir a perda de componentes voláteis do percolado. As avaliações das propriedades físicas, mecânicas e hidráulicas das amostras foram feitas conforme métodos descritos na tabela 1. Os resultados de tração e rasgo apresentados são referentes aos corpos de prova analisados na direção de máquina (MD). FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS 101 Geossintetico.indd /06/15 12:51

3 Tabela 1 Métodos de ensaios utilizados no estudo ENSAIOS MÉTODOS DE ENSAIOS NÚMERO DE CORPOS DE PROVA ENSAIADOS PROPRIEDADES DE RESISTÊNCIA GRAB ASTM D RESISTÊNCIA AO RASGO TRAPEZOIDAL ASTM D RESISTÊNCIA AO PUNCIONAMENTO ASTM D PIRAMIDAL GRAMATURA ASTM D PERMISSIVIDADE ASTM D Figura 4 Retenção de propriedades após 120 dias de exposição em percolado Figura 5 Retenção de propriedades após 120 dias de exposição em meio ácido 3.2 Ensaios de puncionamento de geotêxteis não tecidos em diferentes gramaturas Os ensaios comparativos de Resistência ao Puncionamento foram realizados no TRI/Enviromental (Texas Research International) com base na norma ASTM D5494-Método A. As amostras para este estudo foram fornecidas pela Ober S.A. compreendendo geotêxteis não tecidos de PP e PET com cinco diferentes gramaturas nominais: 200 g/ m 2, 400 g/m 2, 600 g/m 2, 800 g/m 2 e 900 g/m 2. Foram avaliados dez corpos de prova de cada gramatura e os valores médios reportados na Figura 8. 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1 Avaliação da exposição dos geotêxteis não tecidos a diferentes meios químicos Os dados apresentados a seguir referemse aos resultados comparativos obtidos entre os geotêxteis analisados. Os valores de retenção de determinada propriedade, após 120 dias de exposição são baseados nos valores iniciais medidos antes da exposição nos meios de imersão (amostras virgens) para os respectivos geotêxteis e considerados como 100%. A Figura 4 apresenta os resultados comparativos de retenção de propriedades obtidos após 120 dias de exposição em percolado a 50 o C. Observa-se uma redução significativa das propriedades mecânicas (com exceção da punção piramidal) para as amostras de GTX-N PET, com destaque para uma redução de aproximadamente 40% na resistência ao rasgo trapezoidal. Para o GTX-N PP, não houve alteração das propriedades avaliadas após os 120 dias de exposição em meio ácido. Na Figura 5 estão apresentados os resultados comparativos de retenção de propriedades obtidos após 120 dias de exposição em meio ácido a 50 o C. Nota-se uma redução significativa das propriedades analisadas (com exceção da punção piramidal e da permissividade) para as amostras de GTX-N PET. Nas propriedades mecânicas houve uma redução de aproximadamente 25% quando comparadas aos valores iniciais. Para o GTX-N PP, não houve alteração das propriedades avaliadas após os 120 dias de exposição ao percolado. Na Figura 6 estão apresentados os resultados comparativos de retenção de propriedades obtidos após 120 dias de exposição em meio alcalino a 50 o C. Na exposição em meio alcalino é verificada uma redução significativa das propriedades mecânicas nas amostras de GTX-N PET, com destaque para uma redução de aproximadamente 45% na resistência ao rasgo trapezoidal. Para o GTX-N PP, não houve alteração das propriedades avaliadas após os 120 dias de exposição. Na Figura 7 estão apresentados os resultados comparativos de retenção de propriedades obtidos após 120 dias de exposição em água deionizada a 50 o C. Nesta condição, observa-se uma redução menos significativa das propriedades mecânicas nas amostras de GTX-N 102 FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS Geossintetico.indd /06/15 12:51

4 No entanto, verificam-se valores de resistência ao puncionamento maiores para a série de amostras produzidas com polipropileno. Considerando a interpolação dos pontos analisados, pode-se inferir que a mesma resistência ao puncionamento de um GTX-N PET com 900 g/m 2 é obtida utilizando-se um GTX-N PP de aproximadamente 700 g/m 2, ou seja, uma redução de gramatura de 24%. Figura 6 Retenção de propriedades após 120 dias de exposição meio alcalino Figura 7 Retenção de propriedades após 120 dias de exposição em água deionizada Figura 8 Resistência ao puncionamento comparativa entre GTX-N PP e PET em função da gramatura PET, quando comparada aos outros meios de exposição. A maior redução é observada para o rasgo trapezoidal, com diminuição de aproximadamente 30% em sua resistência. Para o GTX-N PP, não houve alteração significativa das propriedades avaliadas após os 120 dias de exposição em água deionizada Avaliação dos ensaios de puncionamento dos geotêxteis não tecidos em diferentes gramaturas Na Figura 8 são apresentados os dados de resistência ao puncionamento comparativos entre GTX-N PP e PET em função da gramatura do geotêxtil. Observa-se, como esperado, o aumento da resistência ao puncionamento com o aumento da gramatura dos geotêxteis, independentemente do polímero utilizado em sua fabricação. 5 CONCLUSÕES Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que: Nos ensaios de resistência química, observou-se uma redução significativa das propriedades mecânicas para as amostras de GTX-N PET. Tal fato é explicado na literatura e ocorre devido a interação entre o polímero e o meio de exposição analisados neste estudo, em que o PET apresenta degradação hidrolítica com consequente redução de massa molar ao longo do tempo; Nos ensaios para avaliação de permissividade não foram observadas variações significativas entre as amostras nos diversos meios de exposição, com exceção dos resultados para o percolado, em que o GTX-N PET apresentou redução de cerca de 25%; As amostras de GTX-N PP não apresentaram variações significativas em nenhuma das propriedades avaliadas, evidenciando a alta resistência química nos meios de imersão analisados para o período de estudo de 120 dias; Nos ensaios de resistência ao puncionamento, evidenciou-se a maior eficiência de proteção do GTX-N PP quando comparado às amostras de GTX-N PET. Este comportamento pode ser explicado pela menor densidade do PP em relação ao PET (0,90 vs. 1,40 g/cm 3 ), o que contribui para uma maior quantidade de fibras por unidade de área do GTX-N e, consequentemente, uma maior barreira física à penetração da sonda no substrato; Portanto, fica evidenciado um melhor desempenho do geotêxtil não tecido de PP quando comparado ao geotêxtil não tecido de PET no escopo deste estudo, reafirmando assim a importância da correta especificação deste tipo de produto em obras de grande responsabilidade. FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS 103 Geossintetico.indd /06/15 12:51

5 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT NBR ISO (2013). Geossintéticos Termos e Definições. ASTM D4491 (2014). Standard Test Methods for Water Permeability of Geotextiles by Permittivity. ASTM D4533 (2015). Standard Test Method for Trapezoid Tearing Strength of Geotextiles. ASTM D4632 (2015). Standard Test Method for Grab Breaking Load and Elongation of Geotextiles. ASTM D5261 (2010). Standard Test Method for Measuring Mass per Unit Area of Geotextiles. ASTM D5322 (2009). Standard Practice for Immersion Procedures for Evaluating the Chemical Resistance of Geosynthetics to Liquids. ASTM D5494 (2011). Standard Test Method for the Determination of Pyramid Puncture Resistance of Unprotected and Protected Geomembranes. ASTM D6389 (2012). Standard Practice for Tests to Evaluate the Chemical Resistance of Geotextiles to Liquids. Engineering Bulletin 405 (2011). The Durability of Polypropylene Geotextiles for Waste Containment Applications PropexTM. Koerner R.M., Lord A.E. and Hsuan Y.G. (1988). Long-Term Durability and Ageing of Geotextiles, Geotextiles and Geomembranes, vol 7, pp Rollin, A.L. (2004). Long Term performance of Geotextiles, 57th Canadian Geotechnical Conference, Quebéc. Celso Luiz Lotti é engenheiro de materiais e mestre em Ciência e Engenharia de Materiais, com ênfase em polímeros, pela UFSCar (Universidade Federal de São Carlos). Com 12 anos de experiência no setor petroquímico, atua como engenheiro de aplicação e desenvolvimento na empresa Braskem S.A. para o mercado de não tecidos na América do Sul. Fernando Luiz Lavoie é engenheiro civil e mestre em Geotecnia pela EESC (Escola de Engenharia de São Carlos) da USP (Universidade de São Paulo). Atualmente atua como engenheiro técnico comercial na empresa Ober S.A. Indústria e Comércio, fornecendo apoio em obras ambientais e de infraestrutura. É professor convidado do Instituto Mauá de Tecnologia, no qual leciona na disciplina de Mecânica dos Solos e Obras de Terra do curso de Engenharia Civil. A seção Geossintéticos é um espaço da revista Fundações & Obras Geotécnicas em parceria com o CTG (Comitê Técnico de Geossintéticos) em que mensalmente é publicado um texto de autores vinculados a empresas participantes desse grupo. O CTG é formado por empresas fabricantes de geossintéticos no Brasil associadas à ABINT (Associação Brasileira das Indústrias de Não Tecidos e Tecidos Técnicos). Dentro do grupo estão produtoras nacionais, utilizando diversos polímeros como PP (Polipropileno), PET (Poliéster), PE (Polietileno) e PVC (Policloreto de Vinila). As empresas que atualmente compõem o comitê são: Bidim, Braskem, Cipatex, Huesker, Maccaferri, Ober, Santa Fé, Sansuy e Roma. 104 FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS Geossintetico.indd /06/15 12:51

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