MARCIO AVELINO DE MEDEIROS

DEGRADAÇÃO DE GEOTÊXTEIS NÃO-TECIDOS EM

AMBIENTE COSTEIRO

NATAL-RN

2017

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Marcio Avelino de Medeiros

Degradação de geotêxteis não-tecidos em ambiente costeiro

Trabalho de Conclusão de Curso na

modalidade Artigo Científico, submetido ao

Departamento de Engenharia Civil da

Universidade Federal do Rio Grande do Norte

como parte dos requisitos necessários para

obtenção do Título de Bacharel em Engenharia

Civil.

Orientador: Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes

de França

Natal-RN

2017

Seção de Informação e Referência Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede

Medeiros, Marcio Avelino de.

Degradação de geotêxteis não-tecidos em ambiente costeiro / Marcio Avelino de Medeiros. - 2017.

19f.: il.

Monografia (Graduação) Universidade Federal do Rio Grande do

Norte, Centro de Tecnologia, Graduação em Engenharia Civil, Natal, 2017.

Orientador: Fagner Alexandre Nunes de França.

1. Geossintéticos - Monografia. 2. Degradação - Monografia.

3. Ambiente costeiro - Monografia. 4. Radiação UV - Monografia.

5. Água do mar - Monografia. I. França, Fagner Alexandre Nunes

de. II. Título.

RN/UF/BCZM CDU 624

Marcio Avelino de Medeiros

Degradação de geotêxteis não-tecidos em ambiente costeiro

Trabalho de conclusão de curso na modalidade

Artigo Científico, submetido ao Departamento

de Engenharia Civil da Universidade Federal

do Rio Grande do Norte como parte dos

requisitos necessários para obtenção do título

de Bacharel em Engenharia Civil.

Aprovado em 24 de novembro de 2017:

___________________________________________________

Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes de França – Orientador

___________________________________________________

Prof. Dr. José Ivan de Medeiros – Examinador interno

___________________________________________________

Eng. Leonardo Hoppe Schröder – Examinador externo

Natal-RN

2017

RESUMO

Os geossintéticos são materiais poliméricos muito empregados em diversas obras da

Engenharia Civil, principalmente nas obras geotécnicas. Em suas diversas aplicações, esses

materiais são expostos a agressividades diferentes em cada ambiente, o que influencia na sua

durabilidade e conservação dos parâmetros resistentes, como resistência à tração. Um dos

ambientes em que se aplicam os geossintéticos é o ambiente costeiro, principalmente em

obras de proteção contra erosão. O ambiente costeiro tem como principais agentes agressivos

a radiação UV, a salinidade do mar (aliado ao embate direto das ondas) e a presença do

oxigênio, que provoca o processo de oxidação. Portanto, a garantia da durabilidade do

geossintético é uma característica decisiva para sua aplicação. Este trabalho buscou avaliar

um geotêxtil não tecido submetido, em diversas combinações, aos principais agentes

agressivos ao qual está exposto no ambiente costeiro e, para isso, foi definido um

procedimento, utilizando-se como principal parâmetro o ensaio de tração antes e após as

exposições. Foi analisada a mudança na gramatura e a resistência à tração do geotêxtil: não

aplicado em campo; exposto a cada agente isoladamente; e, por fim, verificaram-se as

mudanças nas combinações de agentes de intemperismo. Analisaram-se as condições de

exposição dos materiais: radiação UV máxima diária, temperatura média e acompanharam-se

os dados pluviométricos. Os valores de chuva foram muito pequenos no período analisado,

não representando perturbações nos resultados. Além disso, a análise qualitativa das amostras

demonstrou um enrijecimento do geotêxtil não tecido, principalmente quando combinando

ação de saturação e secagem por água do mar com radiação UV.

Palavras-chave: geossintéticos, degradação, ambiente costeiro, radiação UV, água do mar.

ABSTRACT

Geosynthetics are polymeric materials widely used in various civil engineering works, mainly

geotechnical works. Between various applications, these materials are exposed to different

aggressions in each environment, which influences their durability and the conservation of

resistant opposites, such as tensile strength. The coastal zone is an important environment for

this application, especially in works of protection against coastal erosion. The main agents of

the degradation on the coastal environment are UV radiation, salt water and oxygen presence,

which causes the oxidation process. Therefore, the guarantee of the durability of the

geosynthetic is a decisive characteristic for its application. This work aimed to evaluate a non

- woven geotextile subjected, in several combinations, to the main aggressive agents to which

it is exposed in the economic environment and, for that, a procedure was defined, as it is done

as main parameter or test of traction before and after expositions. The change in weight and

tensile strength of the geotextile was analyzed: not applied in the field; exposed to each agent

alone; and, finally, it was verified as changes in the combinations of agents of weathering.

The conditions of exposure of the materials were analyzed: daily maximum UV radiation,

average temperature and monitoring of rainfall data. The rainfall values were very small in the

analyzed period, not representing disturbances in the results. In addition, a qualitative analysis

of the samples demonstrated a non-woven geotextile stiffness, especially when combining the

action of saturation and drying by sea water with UV radiation.

Keywords: geosynthetics, degradation, coastal environment, UV radiation, sea water.

5

1 INTRODUÇÃO1

A Engenharia Civil, desde 3.000 a. C. emprega diversos tipos de materiais naturais

para melhorar a qualidade dos solos (Vertematti et al., 2004). Com o desenvolvimento da

indústria têxtil, a partir do desenvolvimento de alguns polímeros, os materiais geossintéticos

tiveram um grande salto em seu desenvolvimento.

Entretanto, o uso de geossintéticos em obras geotécnicas ainda é recente. Os geotêxteis

foram primeiramente aplicados no controle de erosão no final da década de 1960 e início da

década de 1970, quando pesquisas mostraram que certos materiais têxteis poderiam ser

utilizados em substituição de filtros granulares. Esses materiais funcionariam impedindo a

erosão causada por infiltração de águas subterrânea, chuva, escoamento superficial e/ou ação

das ondas (Carrol et al., 1992, p. 4).

No Brasil, a fabricação dos geotêxteis tecidos tem início na década de 1980, aplicados

principalmente em reforço de solos de baixa capacidade. Nessa mesma época, começa a ser

comercializado no país os geotêxteis não-tecidos cardados (...) e é criada a Comissão de

Estudos de Geossintéticos, pelo Comitê Brasileiro de Construção Civil – CB-02 a Associação

Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) (Vertematti et al., 2004).

A aplicação dos geotêxteis em ambientes costeiros, embora recente, já apresenta

alguns estudos que demonstram seu bom desempenho mecânico. Conforme explicou Carrol et

al. (1992), a flexibilidade dos geotêxteis aplicados em controle de erosão destaca-se como

uma grande vantagem de sua performance, uma vez que pode minimizar a ocorrência de

solapamento ou arraste do dissipador, o que pode ocorrer em enrocamento e outras soluções

rígidas.

Conforme Vertematti et al. (2004) afirma, a flexibilidade dos geossintéticos é uma das

propriedades mais relevantes em sua aplicação numa obra hidráulica, “pois o geossintético

deve se amoldar à superfície do solo-base e, caso este se movimente, acompanhar seu

deslocamento”. Essa é uma das propriedades que justificam seu uso em ambiente costeiro.

Outra propriedade importante é a resistência à tração, uma vez que “em geral, nas obras

hidráulicas, os geossintéticos são submetidos a tracionamento pela ação do peso dos solos

saturados ou da própria água, nas ações de marés, variações de níveis, ondas e fluxos

tangenciais” (Vertematti et al., 2004).

Além disso, as alternativas de aplicação acabam por se restringirem em algumas áreas

do litoral, devido à grande taxa de ocupação do solo e avançado processo de urbanização, o

que exige soluções de engenharia que provoquem a menor perturbação na área.

Uma vez que a aplicação dos geossintéticos aconteceu recentemente, muitas das obras

geotécnicas que o aplicam, em especial aquelas em ambiente costeiro, ainda não atingiram sua

vida útil de projeto e, portanto, é necessária a definição de um método de avaliação da

durabilidade desses materiais quando expostos aos agentes agressivos do ambiente costeiro.

Diversas podem ser as aplicações dos geotêxteis nesse ambiente, seja como estruturas

de contenção em portos, imersos no mar, dispostos nas zonas de maré (como dissipadores de

energia) ou na pós-praia, como elementos de proteção costeira. Portanto, esses materiais

precisam manter suas propriedades de resistência e integridade ao longo de toda a vida útil de

projeto, mesmo expostos às ações de embate de ondas, submersão em água do mar, radiação

ultravioleta (UV) e oxidação, principalmente pelo processo de saturação e secagem, típico das

zonas de marés e das soluções de proteção costeira entre o estirâncio e o pós-praia.

Segundo Koerner et al. (1998), todos os geossintéticos, por sua constituição de

polímeros, em particular os geotêxteis, têm a luz solar como um importante fator de

Marcio Avelino de Medeiros, graduando em Engenharia Civil, UFRN

Fagner Alexandre Nunes de França, Prof. Dr., Departamento de Engenharia Civil, UFRN

6

degradação, cuja suscetibilidade aumenta para os geotêxteis não-tecidos, em virtude de sua

alta área superficial. Essa situação é agravada, pois a umidade e a temperatura elevada

acompanha a radiação direta ao ultravioleta (UV).

Nesses ambientes, deve-se haver a preocupação com a durabilidade do material, uma

vez que a recuperação de áreas degradadas pode demorar, é importante analisar a

continuidade das propriedades do material ao longo do tempo.

Os estudos avaliando a combinação de ações degradadoras em geossintéticos no

ambiente costeiro ainda são pouco precisos, por isso se faz necessário o desenvolvimento de

pesquisas na área, a fim de se analisar a durabilidade e eficiência desses materiais quando

aplicados em ambientes com essa agressividade.

Segundo Neves (2003), a análise do desempenho de um material em situações

semelhantes a de projeto é essencial e deve ser considerada na escolha de aplicação desse

material em uma obra costeira.

Esta pesquisa busca elaborar um procedimento de análise da degradação de geotêxteis

não tecido expostos às principais ações degradantes do ambiente costeiro: radiação UV,

salinidade do mar e oxidação por ciclos de saturação e secagem.

2 REVISÃO DE LITERATURA

2.1 Geossintéticos

De acordo com a ISO 10318-1/15, o geossintético (GSY) é um produto que possui

pelo menos um dos seus componentes como sendo polímero (sintético ou natural) e se

encontra na forma de uma folha, uma tira, ou uma estrutura tridimensional, utilizado em

contato com o solo e/ou outros materiais de aplicação em engenharia geotécnica ou civil. A

ISO 10318-1 define geotêxteis como sendo material têxtil planar, permeável, polimérico

(natural ou sintético), que pode ser não-tecido, de malha ou tecidos. A principal matéria prima

dos geossintéticos são os polímeros, podendo haver ou não outras adições na sua fabricação.

A Tabela 1 apresenta os principais polímeros utilizados na fabricação de geossintéticos.

Tabela 1. Principais polímeros utilizados na fabricação dos geossintéticos

Polímero Sigla Aplicações

Polietileno PE Geotêxteis, geomembranas, geogrelhas, geutubos,

georredes e geocompostos

Poliestireno expandido EPS Geoexpandidos

Polipropileno PP Geotêxteis, geomembranas, geogrelhas e geocompostos

Polivinil clorado PVC Geomembranas, geotubos e geocompostos

Poliéster PET Geotêxteis e geogrelhas

Poliestireno PS Geocompostos e geoexpandidos

Poliamida PA Geotêxteis, geogrelhas e geocompostos

Fonte: Vertematti et al. (2004)

Os geossintéticos possuem em sua constituição, além da resina básica (polimérica), os

os aditivos, que podem ser plastificantes, antioxidantes, inibidores da ação ultravioleta

(antiUV) etc., dependendo da aplicação do geossintético. Além disso, o processo de

fotoxidação, causada pela radiação ultravioleta, tem efeito degradador sobre os geossintéticos,

pois provoca a ruptura de ligações principais do polímero (Vertematti et al., 2004). Isso faz

com que, em ambientes com alta exposição à radiação UV, a utilização de aditivos inibidores

de ação ultravioleta seja uma prerrogativa para o seu bom funcionamento.

7

Ainda segundo Vertematti et al. (2004), o poliéster (PET) é “o produto resultante da

polimerização de etilenoglicol e dimetiltereftalato ou ácido tereftálico. Difere da maioria dos

polímeros utilizados na fabricação de geossintéticos porque sua estrutura molecular contém

oxigênio. (...) Contém aditivos para minimizar degradações térmicas e UV”.

Van Zanten (1986) apud Vertematti et al. (2004) apresenta o poliéster como bem

resistente a sais (Prine) e moderadamente à Luz UV, durante o uso.

Segundo Stevens (1990) apud Vertematti et al. (2004), o PET apresenta resistência à

tração entre 48 e 72 Mpa e elongação na ruptura entre 50 e 300%.

2.1.1 Funções dos geossintéticos

Os geossintéticos podem assumir diferentes funções em obras de engenharia, podendo,

inclusive, assumir mais de uma ao mesmo tempo. Por isso, ao se dimensionar um

geossintético para uma determinada aplicação, devem-se avaliar as funções requeridas e

hierarquiza-las, a fim de, também, determinar o tipo de geossintético mais adequado.

As principais funções dos geossintéticos são definidas a seguir, de acordo com a

norma internacional ISO 10.318:2013 e são apresentadas na Tabela 2 apresenta, para os vários

geossintéticos nos projetos de engenharia.

Tabela 2. Funções dos vários geossintéticos em projetos de engenharia Geossintético Separação Proteção Filtração Drenagem Erosão Reforço Impermeabilização

Geotêxtil X X X X X X X* Geogrelha X - - - - X -

Geomembrana X - - - - - X Georrede - X - X - - -

Geocomposto

argiloso - - - - - - X

Geocélula - X - - X X - Geotubo - - - X - - -

Geofibras - - - - - X - *Quando impregnado com material asfáltico

Fonte: Vertematti et al. (2004)

Uma das aplicações que está se desenvolvendo no ambiente costeiro é a utilização de

dissipadores de energia, que servem tanto para proteção (controle de erosão) quanto

recuperação, conforme alguns casos de uso narrados por Carrol et al. (1992). Vários tipos de

dissipadores de energia podem ser confeccionados para proteção costeira utilizando

geossintéticos e podem assumir diferentes formatos. A norma ISSO 10.318:2013 define

geoforma como uma estrutura tridimensional, permeável, em forma de saco, preenchida com

solo, resíduo, entre outros materiais.

2.1.2 Geotêxteis

O Vertematti et al. (2004) vai definir Geotêxtil como sendo o “produto têxtil

bidimensional permeável (...) cujas propriedades mecânicas e hidráulicas permitem que

desempenhem várias funções numa obra geotécnica”.

O geotêxtil não-tecido (GTX-N) vai ser definido como “produto composto por fibras

cortadas ou filamentos contínuos, distribuídos aleatoriamente, os quais são interligados por

processos mecânicos, térmicos ou químicos” (Vertematti et al., 2004).

8

Um exemplo de processo mecânico é o geotêxtil não-tecido agulhado, cujas fibras são

interligadas mecanicamente por processo de agulhagem.

2.2 Durabilidade dos geossintéticos

Ao se optar por um determinado geossintético, deve-se ter em mente a importância da

preservação de suas propriedades ao longo de toda a vida útil de projeto da obra em que se

aplica. Essa preocupação deve ser maior quando os geossintético são aplicados em ambiente

externo, uma vez que a exposição às intempéries aumenta nesses casos.

Os geossintéticos expostos a essas condições sofrem ações degradadoras

principalmente por agentes climáticos, como luz solar (particularmente a radiação UV) em

combinação com o oxigênio atmosférico, ação da temperatura, umidade, fluidos e perturbação

mecânica (no caso de ambientes onde não há controle de circulação de pessoas sobre o

geossintético). A seguir, são explanados alguns dos fatores de degradação dos geossintético,

particularmente os geotêxteis.

2.2.1 Degradação por radiação UV

A degradação por ação da radiação UV se inicia quando a radiação solar atinge a

superfície dos materiais com energia igual ou superior à energia de ligação química do

polímero, corroborando na formação de radicais livres e, em combinação com o oxigênio

atmosférico, provocam a foto-oxidação dos polímeros (Suits e Hsuan, 2003 apud Milagres,

2016). Por isso, a radiação UV constitui como o principal agente agressivo na degradação de

geotêxteis em ambientes costeiros, especialmente pela sua combinação com outros agentes,

como o oxigênio, formando a foto-oxidação citada anteriormente.

A foto-oxidação consiste na absorção de raios ultravioletas com reações oxidativas,

que reduzem o peso molecular e alteram a estrutura química dos polímeros que constituem o

material (Rabello e White, 2000 apud Milagres, 2016).

2.2.2 Extração de aditivos por ação de fluidos

A extração total ou parcial dos aditivos pode correr por lixiviação ou volatilização

quando em contato prolongado com algum fluido (água ou outra substância química). A

lixiviação consiste na extração ou solubilização dos constituintes químicos do aditivo pela

ação do fluido, já a volatilização é a perda desses constituintes por ação do ar ou evaporação

(Carneiro, 2009 apud Milagres, 2016). A Figura 1 esquematiza bem esse processo.

Figura 1. Extração de aditivos por lixiviação e volatilização

Fonte: Carneiro (2009) apud Milagres (2016)

9

Hsieh et al. (2006) concluíram em seu estudo, entretanto, que a imersão em água do

mar tinha um menor efeito deletério em relação às outras ações de intemperismo do ambiente

costeiro, como a degradação por radiação UV.

2.2.3 Ação da temperatura

A ação da temperatura em campo, isoladamente, não constitui um grande fator na

degradação dos geossintéticos. Entretanto, como apresentou Koerner et al. (1998), quando

combinada com a radiação UV e a oxidação, o aumento da temperatura acelera os efeitos

deletérios da radiação no processo de degradação dos geotêxteis, uma vez que induz reações

secundárias de degradação do material.

2.2.4 Oxidação

O oxigênio é tido como um dos principais agentes deletérios em polímeros, incluindo

os geossintéticos, uma vez que desencadeia a reação de oxidação nos materiais. Esse processo

consiste na perda de elétrons dos elementos químicos aumentando o seu número de oxidação

(NOX) quando na presença do oxigênio. Essas reações acontecem normalmente na superfície

dos materiais poliméricos e causa alterações físicas (alterações de brilho, transparência, cor e

aparecimento de fissuras) e mecânicas (diminuição de características, como flexibilidade,

resistência à tração, resistência ao impacto ou da elongação). (Carneiro, 2009; Paoli, 2008;

Sarsby, 2007, apud Milagres, 2016).

2.3 Ambiente costeiro

O ambiente costeiro é constituído de uma grande área, sendo definido a partir de um

limite físico e um limite econômico. Entretanto, na análise do comportamento de materiais

frente às ações deletérias presentes nesse ambiente, as praias do ambiente costeiro são o

ambiente de maior atenção na degradação dos materiais geossintéticos aplicados em

engenharia costeira. As praias, especificamente, são definidas como a “área coberta e

descoberta periodicamente pelas águas, acrescida da faixa subsequente de material detrítico

(...) até o limite onde se inicie a vegetação natural, ou, em sua ausência, onde comece um

outro ecossistema”. (art. 10, § 3.º, da Lei 7.661/88)

Deve-se notar que o ambiente costeiro mais agressivo no processo de degradação

avaliado nesse estudo é a praia. As praias podem ser divididas em três micro-zonas principais:

Antepraia: região em que o solo está sempre submerso e onde se localizam as

quebras de onda

Estirâncio: região compreendida entre o limite da baixa-mar e o limite da

preamar. O solo e dispositivos presentes nessa área irão sofrer diariamente o

processo de saturação e secagem.

Pós-praia: região que se segue ao estirâncio. Normalmente não sofre com a

ação direta das ondas ou saturação de água do mar, exceto em marés mais altas

ou ressacas.

A Figura 2 apresenta a localização dessas três micro-zonas.

10

Figura 2. Micro-zonas da praia

Fonte: Maciel et al. (2014)

Os geossintéticos podem ser aplicado nas três zonas, seja isoladamente, como no caso

de obras costeiras de proteção de talude com utilização de geofôrmas tipo saco (Figura) ou em

mais de uma zona, como dissipadores transversais.

2.4 Geossintéticos no ambiente costeiro

Segundo Neves (2003), com relação às propriedades de resistência dos geossintéticos,

estas podem sofrer alterações devido a deformações, efeito de temperatura, radiação

ultravioleta e outros fatores ambientes. Além disso, Neves (2003) afirma ainda que os custos

de manutenção associados ao material selecionado numa obra costeira são diretamente

proporcionais à vida útil da estrutura e, quanto maior a vida útil da obra, mais relevantes são

os custos de manutenção da obra. Por esse motivo, avaliar a degradação dos materiais que

podem ser empregados nas obras costeiras é importante tanto no ponto de vista técnico de seu

uso quanto do ponto de vista econômico, a fim de avaliar a viabilidade dos custos

empregados.

3 MATERIAS E MÉTODOS

3.1 Geotêxtil

Esta pesquisa utilizou o Geotêxtil Não Tecido Agulhado (cor cinza) Geofort GH16,

100% Poliéster, cujas características, segundo o fabricante, são: ponto de fusão 260°C,

Largura 2,30 m, gramatura de 255 g/m². As principais especificações desse geotêxtil podem

ser encontradas na Tabela 3.

Tabela 3. Especificações do Geotêxtil Geofort GH16 – 100% Poliéster

PROPRIEDADES NORMA UNIDADE VALOR

FÍSICAS Espessura ABNT NBR 12569 mm 2,1

MECÂNICAS

Resistência à Tração em Faixa

Larga (Transversal) ABNT NBR ISO

10319

kN/m 16

Alongamento na Transversal % ≥ 50

Resistência à Tração em Faixa

Larga (Longitudinal) ABNT NBR ISO

10319

kN/m 16

Alongamento na Longitudinal % ≥ 50

Resistência ao Rasgo ASTM D 4533 N 450

11

Trapezoidal (Transversal)

Resistência ao Rasgo

Trapezoidal (Longitudinal) ASTM D 4533 N 500

Resistência ao Puncionamento

CBR ABNT NBT 12236 kN 3,4

Resistência ao Puncionamento

Estático ASTM D 4833 N 700

HIDRÁULICAS

Permissividade ASTM D 4491 s-1

1,85

Permeabilidade Normal ASTM D 4491 cm/s 0,39

Abertura Aparente ASTM D 4751 mm 0,18

Abertura de Filtração (O95) AFNOR G 38017 µm 110

Fonte: adaptado de Geotec Geossintéticos (2017).

3.2 Amostras e Corpos de Prova

3.2.1 Amostragem, identificação e preparação dos corpos de prova

A amostragem e preparação dos corpos de prova foi realizada seguindo as

recomendações da NBR ISO 9862:2013.

Todos os corpos de prova foram identificados e datados do início da exposição. Antes

da identificação, foi realizada a pesagem desses corpos de prova, a fim de se obter a

gramatura da amostra. A identificação deve ser feita, preferencialmente, sem provocar

qualquer dano à amostra, seja através de fixação ou marcação. Entretanto, caso necessário, a

fixação ou marcação deve ser feita na borda menor da amostra, o mais distante possível dos

100 mm centrais. A Figura 3 apresenta a etiquetagem utilizada nos corpos de prova desta

pesquisa.

Figura 3. Identificação dos corpos de prova através de etiquetas

Fonte: Autor

3.2.2 Corpos de prova para ensaio de tração:

O ensaio de tração recomendado pela NBR ISO 10.319:2015 – tração de faixa larga –

considera, para geotêxteis não tecido (GTX-N) a dimensão de 200 mm de largura por 200 mm

de altura, de modo que haja um espaço mínimo de 100 mm entre as garras. As amostras

padrão para a definição da resistência à tração neste trabalho foram tomadas em faixa média,

com largura de 100 mm e comprimento de 200 mm, de modo que entre garras fossem

mantidos os 100 mm mínimos de distância. A Figura 4 apresenta as dimensões da amostra

definida na NBR ISO 10.319:2015 e o corpo de prova padrão tomado neste trabalho.

12

Figura 4. Comparação dos tamanhos dos corpos de prova

Fonte: Autor

O tamanho do corpo de prova Padrão desse estudo foi determinado a partir de uma

comparação entre as normas NBR ISO 10.319:2015 e NBR 13.041:2004, uma vez que o

dinamômetro e software utilizados na determinação da resistência à tração do geotêxtil não-

tecido foi o mesmo utilizado nesta última norma citada.

3.3 Teste de degradação

A fim de analisar a ação degradadora da água do mar, da radiação UV e dos ciclos de

saturação e secagem sobre o geossintético, isoladamente e em conjunto, foram analisadas 5

condições:

a) Radiação UV isoladamente;

b) Imersão em água do mar isoladamente;

c) Imersão em água do mar em intervalos de saturação e secagem (ação cíclica);

d) Radiação UV combinada com imersão em água do mar; e

e) Radiação UV combinada com imersão em água do mar em intervalos de saturação

e secagem.

As amostras submetidas à ação de imersão em água do mar (cíclica ou contínua)

devem ser acondicionadas em ambiente fechado, a fim de se evitar a exposição à radiação

UV, à temperatura ambiente. Nessa pesquisa, a temperatura média no laboratório onde as

amostras focam acondicionadas era de 24°C.

Em campo, as amostras submetidas a ação da radiação UV deve ser posicionada

seguindo a latitude do local, no caso de Natal/RN, onde foi realizada a pesquisa, a latitude

terreno era de aproximadamente 5°50’ o Norte, o que previa uma inclinação aproximada de

10%. Para isso, as amostras foram posicionadas em uma plataforma construída em madeira,

de modo que a inclinação fosse preservada para as condições de análise “c”, “d” e “e”. O local

de exposição das amostras para degradação era o terreno de construção da Unidade de

Tratamento de Resíduos Químicos da UFRN (Latitude 5°50’02” S e Longitude 35°12’13,7”

O).

Para a degradação por ação de água do mar, foi utilizada água coletada diretamente da

Praia de Ponta Negra, localizada no município de Natal/RN, como pode ser visualizado na

Figura 5.

13

Figura 5. Localização da praia onde foi coletado o material

Fonte: adaptado de Amaro et al. (2015)

3.4 Ensaios de verificação da resistência

3.4.1 Ensaio de tração de faixa larga

O ensaio consiste em tracionar-se um corpo de prova, que para geotêxteis não-tecidos

tem dimensões 200 x 200 mm, até a ruptura, o qual é preso nos mordentes de um

dinamômetro que realiza o ensaio. O dinamômetro comumente utilizado é o Dinamômetro

INSTRON. Para a realização deste ensaio, aplica-se a ABNT NBR ISO 10319:2013.

3.4.2 Resistência à tração e alongamento de não-tecido (tira e grab)

O ensaio consiste em tracionar-se um corpo-de-prova até a ruptura, o qual é preso nos

mordentes de um dinamômetro que realiza o ensaio. O dinamômetro comumente utilizado é o

Dinamômetro INSTRON. Para a realização deste ensaio, aplica-se a ABNT NBR 13041.

3.4.3 Ensaio padrão para determinação da resistência à tração padrão da pesquisa

O ensaio padrão da pesquisa é baseado nos ensaio de tração de faixa larga e no ensaio

de resistência à tração e alongamento de não-tecido (tira e grab).

No ensaio do método grab, o corpo de prova não-tecido tem largura de 100 mm. A

distância entre garras no método deve ser de 75 mm. Uma vez que o ensaio de tração de faixa

larga adota a distância entre garras de 100 mm, foi adotada essa distância entre garras no

ensaio padrão da pesquisa, de modo que o posicionamento do corpo de prova entre as garras

(mordentes) no equipamento de ensaio pode ser visualizado na Figura 6.

14

Figura 6. Esquema do posicionamento do corpo de prova no equipamento de ensaio

Fonte: Autor

A tração das amostras submetidas à imersão em água do mar, exceto àquelas

submetidas a intervalos de saturação e secagem, deverá ser realizada através do ensaio de

tração a úmido, cujo procedimento é descrito na ANBT NBR 13041:2004. Para as demais

amostras, deverá ser realizado o ensaio de tração a seco definido na mesma norma.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 Resistência à tração obtida através do ensaio padrão da pesquisa

Antes de expostas à degradação, foram ensaiadas cinco amostras no sentido

longitudinal e cinco amostrados no sentido transversal no rolo do geossintético, a fim de se

determinar a resistência à tração no ensaio proposto. As figuras 7 e 8 apresentam o

comportamento de alongamento e resistência de todas as amostras analisadas.

A força média de ruptura obtida no sentido longitudinal foi de 18,31 kN/m, com

coeficiente de variação (CV) de 4,93%. Já o alongamento médio no mesmo sentido foi de

61,6%, com CV de 10,98%.

No sentido transversal a média da resistência à tração obtida foi maior, 21,30 kN/m,

com CV de 5,11%. Já o alongamento médio foi de 51,4%, com CV de apenas 4,04%.

15

Figura 7. Resultados do Ensaio de Tração (Longitudinal)

Fonte: Autor

Figura 8. Resultados do Ensaio de Tração (Transversal)

Fonte: Autor.

Os resultados mostram que a resistência à tração obtida, em ambos os sentidos, foi

maior que a definida pelo fabricante, que era de 16 kN/m, o que é esperado, e o alongamento

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

0,0

03

,30

6,6

09

,90

13

,20

16

,50

19

,80

23

,10

26

,40

29

,70

33

,00

36

,30

39

,60

42

,90

46

,20

49

,50

52

,80

56

,10

59

,40

62

,70

66

,00

69

,30

Forç

a (N

)

Alongamento (%)

Tração vs. Alongamento - Longitudinal

Amostra L1

Amostra L2

Amostra L3

Amostra L4

Amostra L5

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

0,0

0

2,9

0

5,8

0

8,7

0

11

,60

14

,50

17

,40

20

,30

23

,20

26

,10

29

,00

31

,90

34

,80

37

,70

40

,60

43

,50

46

,40

49

,30

52

,20

55

,10

58

,00

Forç

a (N

)

Alongamento (%)

Tração vs. Alongamento - Transversal

Amostra T1

Amostra T2

Amostra T3

Amostra T4

Amostra T5

16

médio no sentido transversal foi muito próximo do definido, que é ≥ 50%. Além disso, o

geotêxtil analisado apresentou melhor desempenho no sentido transversal, tanto em relação ao

alongamento quanto à resistência.

4.2 Variáveis de exposição

A seguir são apresentas as variáveis climáticas obtidas no período de exposição das

amostras. Os meses de setembro a novembro em Natal/RN, historicamente, apresenta altos

valores de radiação UV, de modo que o período de exposição foi adotado dentro desse

intervalo, a fim de se obter uma degradação mais desfavorável.

A Figura 9 apresenta a variação da temperatura média diária no período de exposição.

Figura 9. Gráfico das Temperaturas Médias Diárias em Natal/RN no Período de Análise

Fonte: adaptador de INMET (2017).

As temperaturas médias diárias em Natal ficaram próximas de 27°C, com variação

média de 0,5°C em quase todos os dias, com exceção do dia 9 de novembro, quando a

temperatura média foi de 26,0°C.

Segundo Koerner et al. (1998), embora a temperatura não afete as reações primárias de

degradação provocada pela ação UV, ela afeta as reações secundárias, um incremento de

temperatura de 10°C pode praticamente dobrar a taxa de degradação iniciada pela exposição

UV. Isso foi visualizado numa mudança de 20°C para 30°C numa exposição de cerca de 250

h. A Figura 10 apresenta a variação da radiação UV horária máxima nos dias analisados.

25,0

25,5

26,0

26,5

27,0

27,5

Tem

pe

ratu

ra (

°C)

Dia do ano

Diária

Média

17

Figura 10. UV máximo horário nos dias analisados

Fonte: adaptado de INMET (2017)

A radiação máxima horária por dia em Natal/RN atingiu valores próximos de 10.000

kJ/m² nos primeiros dias analisados, entretanto durante maior parte do período os valores

máximos ficaram em torno de 4.000 kJ/m², embora estes ainda sejam altos e deletérios ao

geotêxtil.

4.3 Análise qualitativa da degradação dos geossintéticos

Quando expostos à radiação e a água salgada, além de resultados numéricos nos

parâmetros de resistências, as amostras de geotêxtil também apresentam mudanças

qualitativas, que podem ser avaliadas visualmente. Uma delas foi o enrijecimento das

amostras, tanto submetidas à radiação UV natural quanto à agua salgada (com ou sem

participação também da ação UV). As amostras submetidas às ações combinadas de radiação

UV e imersão em água salgada com intervalos de saturação e secagem se apresentaram mais

enrijecidas que as demais amostras, o que demonstra uma maior impregnação de sais e

possíveis mudanças na estrutura do material em virtude das altas temperaturas e radiação.

4.4 Variação da Gramatura das Amostras

Ao serem submetidos à ação dos agentes deletérios, o geossintéticos podem apresentar

mudanças na gramatura. No caso da radiação UV, por sofre oxidação, os geotêxteis não-

tecidos podem sofrer diminuição da gramatura e, no caso de ciclos de saturação e secagem, o

material pode impregnar sais em sua superfície e poros, aumentando a gramatura. A Figura 11

apresenta os resultados obtidos de gramatura antes e depois da exposição à radiação UV

isoladamente e à imersão cíclica (saturação e secagem) em água do mar.

0,0

2000,0

4000,0

6000,0

8000,0

10000,0

12000,0

Rad

iaçã

o (

kJ/m

²)

Dias analisados

UV máx

18

Figura 11. Gráfico da Variação de Gramatura das Amostras

Fonte: Autor.

Os resultados demonstram que, apesar de a literatura afirmar que a radiação UV

apresenta efeitos mais deletérios à durabilidade dos geossintéticos, em termos de variação na

gramatura a diferença foi muito pequena, apenas 2,8%. Nas amostras submetidas a ciclos de

saturação e secagem por água do mar, por sua vez, a gramatura mais que dobrou (em torno de

111% a variação), subindo de 301,2 g/m² para 638,5 g/m². Isso implica dizer que houve

grande impregnação de sais na superfície e nos poros do geotêxtil.

5 CONCLUSÃO

Este artigo apresentou um estudo da degradação de geotêxteis não-tecidos a partir de

da definição de um procedimento. Diante dos resultados obtidos e da literatura, pode-se

concluir que: o ambiente costeiro apresenta uma combinação de fatores que provocam a

degradação dos geotêxteis, especialmente os não-tecidos, por sua constituição polimérica. O

principal fator dessa degradação é a radiação UV, a qual, quando combinada ao oxigênio

atmosférico, às temperaturas altas e à ação da água do mar como fluido de contato prolongado

com o geossintético, aumenta seu impacto na degradação. Além disso, em curto prazo, a ação

da radiação UV não é capaz de provocar perdas de gramatura significativas no material.

Entretanto, devido à porosidade do material, a impregnação de sais junto ao geotêxtil não-

tecido devido à ação cíclica (saturação e secagem) provocada pela água do mar mais que

dobra a gramatura do material e sua influência no comportamento mecânico deve ser objeto

de estudos. Por sua vez análise qualitativa da degradação dos geotêxteis não-tecidos é um

fator auxiliar na determinação da mudança de propriedades do material, entretanto, para uma

análise da durabilidade, a verificação da mudança nos parâmetros de resistência é essencial,

pois vai determinar a vida útil daquela aplicação. Finalmente, o estudo da degradação de um

material através de simulação das ações e ensaios laboratoriais, com ou sem construção de um

protótipo, é fundamental para determinação do comportamento da aplicação em campo,

principalmente através de ensaios acelerados que simulem tais ações, uma vez que muitas

obras de engenharia costeira que empregam geossintéticos ainda não atingiram a vida útil de

projeto.

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

Amostra UV Amostra Água do Mar(Ciclo)

Gra

mat

ura

(g/

m²)

Variação da Gramatura

Antes Depois

19

REFERÊNCIAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13.041: Não-tecido –

Determinação da resistência à tração – tira e grab. 2.ed. Rio de Janeiro, 2004. 6p.

BRASIL. Lei n. 7.661, de 16 de maio de 1988. Institui o Plano Nacional de Gerenciamento

Costeiro e dá outras providências. Disponível em:

http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/leis/L7661.htm. Acessado em 15 maio 2017.

CARROL, R. G., RODENCAL JR., J., COLLIN, J. G. Geosynthetics in Erosion Control –

The Principles. Geotextiles and Geomembranes, n. 11. 1992. p. 523-534.

INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. ISO 9862:

Geosynthetics – Sampling and preparation of test specimens. Geneva, 2005. 5p.

______. ISO 10318-1: Geosynthetics – Part 1: Terms and definitions. Geneva, 2015. 8p.

______. ISO 10319: Geosynthetics – Wide-width tensile test. 3.ed. Geneva, 2015. 14p.

HSIEH, C., WANG, J. B., CHIU, Y. F. (2006). Weathering properties of geotextiles in ocean

environments (Technical Note). Geosynthetics International. 13, n. 5, 2006. p. 210-217.

INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGIA. Estações e dados. Disponível em: <

http://www.inmet.gov.br/sonabra/pg_dspDadosCodigo_sim.php?QTMwNA==> Acesso em

17 nov 2017.

KOERNER, G. R.; HSUAN, G.; KOERNER, R. M. (1998). Photo-Initiated Degradation of

Geotextiles. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. p.1159-1166.

MILAGRES, B. V. Degradação de geotêxteis frente a elementos climáticos em ensaios de

campo e laboratório [manuscrito]: realidade climática local. 2016. 136p. Dissertação

(Mestrado em Geotecnia) – Escola de Minas, Núcleo Geotecnia, Universidade Federal de

Ouro Preto, Ouro Preto, 2016.

NEVES, L. P. Geossintéticos e Geossistemas em Engenharia Costeira. 2003. 196p.

Dissertação (Mestrado em Engenharia do Ambiente) – Faculdade de Engenharia,

Universidade do Porto, Porto, 2003.

VERTEMATTI, J. C. (Coord.). Manual Brasileiro de Geossintéticos. São Paulo: Edgar

Blücher, 2004.

AGRADECIMENTOS

Ao Diretor de Meio Ambiente da Superintendência de Infraestrutura, Eng. Herbert Halamo,

pela liberação do espaço para exposição das amostras e ao Prof. Moisés Vieira de Melo,

coordenador do laboratório de controle de qualidade de materiais têxteis.