Study on the durability of HDPE geomembranes applied to Geotechnics and the Environment using laboratory aged samples and in situ exhumed samples

Tese de Doutorado do candidato Fernando Luiz Lavoie

Intitulada “Study on the durability of HDPE geomembranes applied to Geotechnics and the Environment using laboratory aged samples and in situ exhumed samples” como parte dos requisitos para obtenção do título de “Doutor em Ciências, Programa de Pós-Graduação em Geotecnia”.

A Comissão Julgadora deverá reunir-se para a defesa pública da tese no dia 19 de novembro de 2021, às 09:00h no link: meet.google.com/wcm-arzm-zav da EESC/USP, e estará assim constituída:

Membros

Prof. Assoc. Jefferson Lins da Silva – Orientador – EESC-USP
Prof. Dr. Ennio Marques Palmeira – UnB
Profa. Dra. Maria de Lurdes da Costa Lopes – Universidade do Porto/Portugal
Profa. Dra. Marta Pereira da Luz – PUC-Goiás
Prof. Dr. Guilherme Wolf Lebrão – IMT – Instituto Mauá de Tecnologia

Resumo

A demanda de polímeros para aplicações geotécnicas vem crescendo. A geomembrana é um produto geossintético, manufaturado, polimérico e frequentemente especificado em projetos ambientais. Nos últimos quarenta anos, milhões de metros quadrados de geomembrana de PEAD foram usados em diferentes aplicações. Uma das questões mais importantes para geomembranas de PEAD é a durabilidade, envolvendo requisitos de propriedade de muito longo prazo. Uma ruptura na camada de geomembrana pode gerar perdas em vidas humanas, impactos ambientais e custos financeiros. Este trabalho analisou amostras exumadas de geomembrana de PEAD e envelhecidas em laboratório usando análises físicas e térmicas. As amostras exumadas foram coletadas em diferentes obras brasileiras em diversas aplicações geotécnicas e ambientais. As geomembranas exumadas analisadas demonstraram várias alterações em suas propriedades, exceto para a amostra LCH, a amostra mais espessa, que apresentou bom desempenho nas propriedades físicas, mas algumas alterações na decomposição térmica. A amostra LTE está mudando suas propriedades físicas e pode conduzir uma ruptura da barreira de fluxo em um curto prazo. As amostras MIN, MIN2, LDO e CAM2 apresentaram comportamento frágil à tração, valores baixos de stress cracking (SCR), baixos valores de OIT padrão (tempo de indução oxidativa) e podem culminar em uma falha do sistema. A amostra CAM1 apresentou viscosidade atípica, baixo valor de SCR, desproteção dos aditivos contra a degradação oxidativa, atingindo certamente a sua vida útil. As amostras CLIQ e CAM estão mudando seu comportamento físico e térmico e podem provocar uma ruptura da camada em curto prazo. Após 2160 h de exposição ao arco de xenônio, a amostra de 1L mostrou um aumento no valor de MFI (índice de fluidez) e uma diminuição significativa no consumo de antioxidantes. Para a radiação UV fluorescente, após 8760 h de exposição, a mesma amostra demonstrou perdas nas propriedades de tração e um considerável consumo dos antioxidantes, alterando seu desempenho como barreira de fluxo. Essa geomembrana usada como revestimento pode comprometer o sistema de engenharia. Observou-se que a geomembrana de PEAD de 1,5 mm de espessura, após 8760 h de exposição à radiação UV fluorescente, apresentou perdas no SCR, alto consumo de antioxidantes, mudança no comportamento térmico antes do ponto de fusão, mas manteve a viscosidade do polímero e preservou a ductilidade, apresentando ainda um desempenho aceitável como produto de engenharia aplicado como camada de proteção ambiental. As amostras virgens apresentaram diversas alterações após a exposição térmica (8760 h) e a exposição sinérgica à radiação UV (8760 h) e envelhecimento térmico (4380 h), com destaque para os resultados de MFI, que demonstraram a ocorrência de ligação cruzada para todas as amostras. Além disso, todas as amostras apresentaram mudanças consideráveis no comportamento do SCR e alto consumo de antioxidantes. Finalmente, a amostra 1L apresentou as perdas mais severas entre as amostras estudadas e pode falhar em campo após curto prazo sob exposição térmica ou uma combinação entre radiação UV e altas temperaturas. As amostras 1,5L e 2L ainda apresentam desempenho aceitável como produto de engenharia aplicado como camada de proteção ambiental mesmo sob o efeito das exposições estudadas.

Palavras-chave: Geomembrana de PEAD. Durabilidade. Análise física. Análise térmica. Envelhecimento.