Materiais básicos: cimento e agregados

O concreto permeável é usualmente composto por cimento Portland, agregado graúdo de granulometria bem graduada, e água, que proporcionam uma estrutura interna de macroporos interconectados (TENNIS et al., 2004; ACI, 2010; NEITHALATH et al., 2010; YAHIA e KABAGIRE, 2014). Esta estrutura é obtida a partir da formação de uma aglomeração dos agregados por uma fina camada de pasta de cimento Portland, que os unem em certos pontos de contato. Segundo Chandrappa e Biligiri (2016), o cimento Portland Type-1, conforme ASTM C150 (2015), é o mais utilizado na confecção do concreto permeável. Este cimento é equivalente ao CP I-S, da NBR 16697 (2018). As dosagens típicas do material são mencionadas no item 2.4.1, que trata dos parâmetros de dosagem do concreto permeável.

Segundo ACI (2010), os agregados frequentemente utilizados no concreto permeável, tanto normal quanto leve, arredondado ou lamelar, podem ser de única dimensão (granulometria uniforme) ou graduado nas frações entre 19 e 9.5 mm. Entretanto, diversos estudos têm utilizado agregado graúdo nas dimensões entre 9.5 mm e 2.36 mm, com o intuito de aumentar a resistência mecânica (HUNG et al., 2009; NGUYEN et al., 2014; KEVERN et al., 2009; CROUCH et al., 2007; DEO e NEITHALATH, 2011). As quantidades típicas de agregado usado em diversos estudos também são apresentadas no item 2.4.1. É recomendado que os agregados usados no concreto permeável devam seguir os requerimentos previstos na ASTM D448 (2017) e ASTM C33 (2016), que fornecem limites de especificação para as propriedades que afetam o desempenho de pavimentos de concreto permeável. Por exemplo, são mencionados os limites de materiais deletérios, tais como a argila, que afetam a ligação entre os agregados e a pasta de cimento. É importante ressaltar que as propriedades físicas dos agregados para concreto permeável devem ser semelhantes às empregadas no concreto convencional.

As propriedades físicas do agregado, tais como tamanho, forma e distribuição, apresentam uma importante contribuição no controle das propriedades mecânicas, de durabilidade e características de permeabilidade dos pavimentos de concreto permeável (KEVERN et al., 2010; JAIN e CHOUHAN, 2011). Além disso, o tipo de agregado afeta significantemente as propriedades do material. Embora o calcário seja o principal tipo de agregado utilizado no meio internacional na produção do concreto permeável, outros estudos têm avaliado a possibilidade de incorporação de diferentes tipos de agregados. No estudo realizado por Cosic et al. (2015), a utilização de agregado dolomítico resultou em um aumento da resistência mecânica para

porosidades mais elevadas quando comparado com agregados de calcário. Shu et al. (2011), avaliaram a influência de dois tipos de frações granulométricas de agregados de calcário e granito nas propriedades do concreto permeável. Os autores evidenciaram que as misturas de concreto permeável feitas com calcário, apresentaram menor porosidade e permeabilidade, bem como maior resistência mecânica que as misturas feitas com granito. Entretanto, vale ressaltar que neste trabalho as dosagens de cada material constituinte nas misturas de concreto permeável, tais como o consumo de cimento e areia, eram variáveis, resultando, provavelmente, em densidades diferentes para cada traço avaliado.

Agregado reciclado de construção e demolição também tem sido foco de alguns estudos. No trabalho realizado por Gaedicke et al. (2014), foram comparados corpos de prova moldados e extraídos feitos com três diferentes tipos de agregados (cascalho, calcário e agregado reciclado de concreto). Os resultados mostraram que, para uma porosidade igual a 20%, a resistência à compressão das misturas contendo agregado reciclado foram, em média, 8% menores que as misturas com cascalho, e 15% menores que as misturas com calcário. No trabalho de Zaetang

et al. (2016), diferentes níveis de substituição do agregado natural (calcário) por agregado de

bloco de concreto reciclado e agregado de concreto reciclado foram avaliados. Neste caso, houve um aumento na resistência mecânica e na abrasão para os diversos teores de substituição, devido à melhora da zona de transição gerada pela precipitação da pasta nos poros superficiais dos agregados reciclados.

Agregado miúdo também pode ser utilizado no concreto permeável, porém de forma limitada, já que tende a comprometer a interconectividade do sistema de poros. A incorporação do agregado miúdo pode acarretar em aumento da resistência mecânica e da densidade, mas, consequentemente, reduz a infiltração de água através da massa de concreto permeável (ACI, 2010). Bonicelli et al. (2015), avaliaram os efeitos da adição de areia fina no concreto permeável. Os autores mencionam que o desempenho do material pode ser melhorado adicionando-se uma pequena quantidade de areia fina. A areia pode levar a uma melhor resistência ao deslizamento, melhorando, também, a resistência à tração na flexão. Por outro lado, grandes quantidades de areia, juntamente com uma energia de compactação inadequada, podem levar a um conteúdo de vazios excessivamente baixo, comprometendo a capacidade de drenagem do concreto permeável. Os autores enfatizam que a incorporação de areia e a compactação do concreto permeável devem, portanto, ser analisadas de forma mais detalhada. No trabalho, foram avaliadas as substituições de 5% e 10% da massa total do agregado por areia fina em misturas de concreto permeável. A relação água/cimento também foi variada entre 0,27,

0,30 e 0,35. A quantidade de aditivo superplastificante utilizada foi aumentada para as amostras com relação a/c de 0,27. A incorporação de areia produziu resultados diferentes em relação ao teor de água. Neste caso, as misturas com maior quantidade de água obtiveram melhor comportamento estrutural. Segundo os autores, a areia “ligada” ao cimento e água proporciona uma cobertura mais espessa dos agregados. Assim, a mistura com a/c 0,27 demonstrou diminuição nas propriedades mecânicas devido à adição da areia fina. Este fenômeno foi devido ao potencial da areia em absorver a pequena quantidade de água, prejudicando as ligações químicas do cimento. A areia atuou como um fator de descontinuidade neste caso. Em relação ao teor de areia, os resultados sugeriram que a substituição do agregado graúdo por 5% de areia fina às misturas de concreto permeável proporcionou as melhores propriedades mecânicas, porém uma consequente redução da capacidade de drenagem.

No trabalho realizado por Yang e Jiang (2003), também foi incorporado porcentagens de areia fina na mistura de concreto permeável. Os autores testaram porcentagens de 15% e 20%, variando concomitantemente a fração granulométrica do agregado graúdo utilizado (15-30 mm, 10-20 mm e 5-10 mm). As relações água/cimento também variam de 0,33 e 0,35. As amostras apresentaram, no geral, porosidades extremamente baixas (menores que 14%) e, consequentemente, menores coeficientes de permeabilidade (menores que 0,09 cm/s).

Kevern et al. (2008) substituiu parcialmente o agregado graúdo (4,75-9,5 mm) por areia média (90% passante na peneira 2,36 mm e módulo de finura de 2,90) no valor de 7%. Como efeito da areia, a resistência à compressão e tração aumentou de 19 MPa para 21 MPa, e de 2,05 MPa para 2,55 MPa, respectivamente. Entretanto, a porosidade e permeabilidade do material reduziram de, aproximadamente, 25% para 20%, e 0,52 cm/s para 0,21 cm/s, respectivamente. A permeabilidade do material teve, portanto, um decréscimo de 60%, mas ainda se manteve maior que a permeabilidade necessária para drenar a tempestade máxima (i.e. 30,5 cm) dos últimos 25 anos da data de publicação do trabalho, nos Estados Unidos.