De acordo com a ASTM D4833, citado por Koerner (1994), as geomembranas são definidas como sendo membranas sintéticas ou barreiras de baixíssima permeabilidade, usadas com qualquer material relacionado à Engenharia Geotécnica a fim de controlar a migração de fluidos em projetos, estruturas ou sistemas. As geomembranas são usualmente feitas a partir de lâminas poliméricas muito flexíveis, mas também podem ser feitas a partir da impregnação de geotêxteis com betume ou elastômero. No caso dos polímeros, os mais comumente usados na confecção de geomembranas são o polietileno de alta densidade (PEAD), o polivinil clorado (PVC) e o polietileno clorosulfonado reforçado (CSPE).
As geomembranas possuem espessura variando de 0,13 a 5,10 mm e são comercializadas em rolos cuja largura varia de 0,9 a 5,2m. Valores típicos para a permeabilidade de geomembranas poliméricas são medidos pelos ensaios de transmissão de vapor d’água e se encontram entre 0,5x10-10 cm/s a 0,5x10-13 cm/s (Koerner, 1994). Para efeito de comparação as argilas compactadas podem atingir valores entre 10-6 e 10-9 cm/s.
As geomembranas são aplicadas nas mais diversas obras, como canais, túneis, barragens, ensecadeiras e células de resíduos, principalmente com a função de impermeabilização. Em obras de disposição de resíduos, a preferência geral é pela utilização das geomembranas de polietileno, que possuem alta resistência à maioria das substâncias químicas (Palmeira, 1993). No entanto, algumas desvantagens são apontadas: é um material de difícil trabalhabilidade, tem pouca aderência aos solos, tem elevado coeficiente de expansão térmica e é sensível a trincamentos por tensão.
Nos aterros sanitários, as geomembranas são tipicamente utilizadas na base ou na cobertura das células, ou juntamente com o solo para reduzir a permeabilidade do liner. Zornberg & Chri stopher (1999) apresentam critérios para a escolha do tipo de geomembrana para aplicação em aterros sanitários, como pode ser visto na Tabela 2.2.
A utilização de camadas de argila compactadas como liners em aterros foi muito utilizada até poucos anos atrás. O fato é que devido às limitações no uso da argila como material impermeabilizante, as geomembranas vêm ocupando um lugar cada vez maior no mercado de produtos geossintéticos. As camadas de argila ocupam considerável volume, que poderia ser aproveitado para o acondicionamento de maior volume de resíduos; a exposição solar ou os recalques diferenciais quase sempre provocam trincamentos na camada de argila, facilitando a passagem de poluentes e ainda existe a possibilidade de ocorrência de piping em camadas de argila submetidas a altas concentrações de chorumes. No caso das geomembranas, a maior desvantagem encontrada quanto a sua utilização é a possibilidade de ocorrência de rasgos ou furos durante sua instalação ou operação do aterro.
Critérios para seleção de Geomembranas PEAD, PVC ou CSPE (modificado- Zornberg & Christopher, 1999)
CritérioConsiderações para escolha
Barreira para líquidosTodos os três polímeros têm características aceitáveis como barreira para líquidos, embora a g eomembrana tipo PEAD seja a mais indicada. Os três tipos têm baixíssima condutividade hidráulica e são praticamente impermeáveis para esta aplicação.
Propriedades mecânicas
Embora as propriedades mecânicas variem com a espessura da geomembrana, o PEAD é relativamente rígido e possui pequena deformação. O PVC, ao contrário, é relativamente deformável. As propriedades do CSPE estão frequentemente entre àquelas do PEAD e PVC
Resistência à construção
Os três tipos de polímeros têm a capacidade de manter a integridade quando sujeitos a concentração de tensões. Porém, o melhor desempenho é obtido com geomembranas mais deformáveis. Neste caso, as de PVC são as mais recomendadas.
Instalação
As principais considerações são referentes à colocação e costuras na g eomembrana. O PVC e o CSPE são mais fáceis de instalar do que o PEAD por serem mais flexíveis, o que faz com que a geomembrana se molde à fundação, gerando menos dobras devido à dilatação térmica. Porém, bons resultados podem ser alcançados com os três tipos de polímeros, desde que procedimentos apropriados de instalação sejam utilizados. Os três tipos são facilmente costurados, sendo que o PEAD é o que apresenta maior resistência e qualidade na costura
Resistência química
O PEAD tem grande compatibilidade com a enorme variedade de elementos químicos encontrados nos resíduos. O CSPE tem boa resistência para muitos elementos químicos, mas é atacado por alguns relativamente comuns, como os solventes clorados e hidrocarbonetos. O PVC é o que possui menor resistência química dentre eles.
Durabilidade a longo prazo
O PEAD oferece o melhor desempenho. É um material inerte, durável e não susceptível à degradação química e nem física (arrancamento). O PVC possui uma durabilidade significantemente menor que o PEAD, pela sua composição. A durabilidade do CSPE fica entre a do PEAD e a do PVC.
Vazamentos através de defeitos em geomembranas foram estudados por Walton et al. (1997) por meio de experimentos laboratoriais e modelagem. Tais experimentos foram comparados aos modelos matemáticos, que utilizaram soluções analíticas e numéricas para o cálculo do vazamento através dos furos. A comparação dos resultados obtidos, teórica e experimentalmente, demonstrou que a vazão sob tensões efetivas é reduzida, devido à dimin uição ou eliminação das aberturas entre o solo e a geomembrana.
Equações simplificadas para quantificação de vazamentos são propostas, podendo ser aplicáveis para a maior parte das situações de campo. A Figura 2.10 mostra o esquema do permeâmetro utilizado nos experimentos. O projeto foi idealizado de modo a facilitar a aplicação da tensão efetiva, simulando a sobrecarga em campo.O permeâmetro é constituído por dois cilindros de 19,05 cm de diâmetro por 15,24 de altura. A geomembrana perfurada foi colocadaentre os dois cilindros. Bolsas de ar foram dispostas nas extremidades do permeâmetro com a função de aplicar tensões no solo. O experimento foi executado em condições saturadas e fluxo estacionário e a tensão efetiva foi mantida aproximadamente constante.
Autor: Engª JANAINA PROVÁSIO COLMANETTI