BRUNO ROCHA
BRUNO ROCHA DE ARAUJO
AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL DO CONCRETO POROSO QUANTO À PERMEABILIDADE E RESISTÊNCIA MECÂNICA
PALMAS - TO 2020
BRUNO ROCHA DE ARAUJO
AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL DO CONCRETO POROSO QUANTO À PERMEABILIDADE E RESISTÊNCIA MECÂNICA
Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) I elaborado e apresentado como requisito parcial para obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil pelo Centro Universitário Luterano de Palmas (CEULP/ULBRA).
Orientador: Prof. Dr. Fábio Ribeiro
PALMAS - TO 2020
BRUNO ROCHA DE ARAUJO
AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL DO CONCRETO POROSO QUANTO À PERMEABILIDADE E RESISTÊNCIA MECÂNICA
Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) I elaborado e apresentado como requisito parcial para obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil pelo Centro Universitário Luterano de Palmas (CEULP/ULBRA).
Orientador: Prof. Dr. Fábio Ribeiro
___________________________________________________
Prof. Dr. Fábio Ribeiro
Centro Universitário Luterano de Palmas
RESUMO
O concreto poroso que também é conhecido como concreto permeável é composto por material ligante hidráulico, brita de graduação uniforme (agregado graúdo), água e, pouco ou nenhuma quantidade de agregado miúdo. Este trabalho tem o objetivo caracterizar e compor um traço de concreto permeável para atender as exigências mínimas determinadas em norma, em Palmas-TO. Para o desenvolvimento deste trabalho será realizada pesquisa bibliográfica e experimental. A parte bibliográfica será desenvolvida a partir de livros, artigos científicos, trabalhos monográficos e, legislação específica. A experimental será realizada através de ensaios no laboratório de materiais do CEULP/ULBRA, em Palmas-TO. Será utilizada água potável proveniente da rede pública de abastecimento do município de Palmas-TO. Será utilizado o cimento do tipo Portland CPII-F-40 RS, por este ser facilmente encontrado no município. Será utilizada a Brita 0 (ϕ 9,5 mm) e, Brita 1 (ϕ 19 mm). Será realizado ensaio de Slump Test. Será realizada a verificação da resistência à compressão axial dos corpos de provas cilíndricos. Será verificada a resistência à tração na flexão de corpos de prova, em formatos prismáticos. Será realizado ensaio de permeabilidade do concreto no estado endurecido. Os resultados dos ensaios serão apresentados em tabelas, gráficos e imagens dos procedimentos, realizando comparações de estudos de outros autores sobre essa temática.
Palavras-chave: Concreto poroso. Permeabilidade. Dosagem. Resistência.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 5
1.1 OBJETIVOS ... 6
1.1.1 Objetivo Geral ... 6
1.1.2 Objetivos Específicos ... 6
1.2 JUSTIFICATIVA ... 7
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 9
2.1 PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLES ... 9
2.1.1 Pavimentação rígida ... 10
2.1.2 Suporte para o pavimento de concreto ... 13
2.2 CONCRETO POROSO: CONCEITOS E ASPECTOS HISTÓRICOS ... 13
2.3 CARACTERÍSTICAS DO PAVIMENTO PERMEÁVEL ... 16
2.4 PROPRIEDADES DO CONCRETO POROSO E CONVENCIONAL ... 19
2.5 MATERIAIS CONSTITUTIVOS ... 22
2.6.1 Agregados ... 25
2.6.2 Aglomerante e aditivos ... 26
2.6.3 Abatimento (Slump Test) ... 26
2.7 COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE ... 27
2.8 DOSAGENS ... 29
3 METODOLOGIA ... 32
3.1 MATERIAIS ... 32
3.2 PARÂMETROS PARA DOSAGEM E TRAÇO DE REFERÊNCIA ... 33
3.3 ENSAIOS E MODO DE FABRICAÇÃO ... 34
3.4 VARIÁVEIS ... 36
4 CRONOGRAMA ... 37
5 ORÇAMENTO ... 38
REFERÊNCIAS ... 39
1 INTRODUÇÃO
Com o crescimento desordenado das cidades e o aumento da impermeabilização do solo, as soluções adotadas pelos órgãos públicos quando se trata de drenagem pluvial é o rápido escoamento através de canalizações. Porém, esses sistemas de drenagem se encontram muitas vezes precários, obsoletos ou inexistentes (CASTRO, 2015).
O concreto poroso que também é conhecido como concreto permeável é composto por cimento Portland, materiais de graduação aberta, agregado graúdo, pouco ou nenhum fino, aditivos e água (ARAÚJO JÚNIOR et al., 2018). Sendo bastante utilizado como material de pavimentação em países como Estados Unidos e Europa (MONTEIRO, 2010).
No Brasil, a sua utilização ainda não é popularizada, sendo empregada por construtores para atender legislações municipais quanto à taxa de infiltração na pavimentação e permeabilidade de terrenos (MAZZONETTO, 2011 apud COSTA et al., 2019).
Sua utilização na pavimentação tem a funcionalidade de capturar as águas provenientes do escoamento superficial, devido às precipitações, aliviando os sistemas de drenagem do local e evitando inundações urbanas (ARAÚJO JÚNIOR et al., 2018).
De acordo a Organização das Nações Unidas, o Brasil estava entre os 15 países mais expostos à inundação, entre o ano de 2000 e 2019, com setenta desastres que prejudicaram setenta milhões de pessoas. Os dados ainda apontam que 1,8 milhão de brasileiros correm o risco de serem afetados com as cheias no país (ONU, 2020).
No município de Palmas-TO têm registros de pontos de alagamentos em rotatórias e avenidas principais, deixando várias ruas e avenidas intransitáveis, como o que ocorre na Avenida Teotônio Segurado. Os sistemas de drenagem instalados não suportam a quantidade de água escoada (G1 TOCANTINS, 2020).
Com o desenvolvimento da urbanização, retirada da vegetação natural, impermeabilização dos solos com pavimentações e construções, acabam comprometendo a rede de drenagem, pois estas não suportam os picos de cheias, que é ocasionado por uma grande intensidade de chuvas. Isso gera enchentes, causando problemas à população de um determinado município.
Para solucionar esse tipo de problema foi desenvolvido o concreto poroso, que já é utilizado em alguns países em pavimentações, com o propósito de combater as inundações, pois com a sua capacidade de drenar as águas do escoamento superficial, é uma solução para sanar os problemas de alagamentos nas cidades (SILVA et al., 2019).
O foco desta pesquisa será analisar o concreto poroso, através de ensaios laboratoriais, para comprovar o uso deste material como uma alternativa para o combate de alagamentos e enchentes nas cidades, principalmente no município de Palmas-TO, que vêm sofrendo com pontos de alagamentos em ruas e avenidas da cidade.
Neste contexto, através desse projeto será possível pesquisar dosagens de traços de concreto poroso, como também realizar dosagem experimental, utilizando materiais disponíveis no município de Palmas-TO. Após o estudo de dosagem será possível apresentar o melhor traço para o concreto poroso.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo Geral
Caracterizar e compor um traço de concreto permeável para atender as exigências mínimas determinadas em norma, em Palmas-TO.
1.1.2 Objetivos Específicos
✓ Avaliar a influência da granulometria do agregado graúdo nas propriedades físicas e mecânicas do concreto poroso;
✓ Verificar a influência da granulometria na taxa de infiltração no concreto permeável;
✓ Identificar a melhor granulometria para o concreto permeável.
✓ Comparar os traços estudados para verificar quais aspectos influenciam mais nas características avaliadas.
1.2 JUSTIFICATIVA
O concreto poroso por ser um material utilizado desde a década de 50, na Europa, ainda é considerado como uma novidade, pois inúmeras pesquisas ainda são desenvolvidas com aplicação em pavimentos permeáveis com o intuito de diminuir o volume do escoamento superficial.
Considerando um aumento de pontos de alagamentos no município de Palmas- TO, devido ao crescimento da ocupação e impermeabilização do solo, verificou-se a necessidade de buscar materiais que proporcione o aumento da taxa de infiltração e diminua o escoamento superficial.
A falta de planejamento de ocupação do uso do solo, o crescimento desordenado, como também a retirada da cobertura vegetal e impermeabilização do solo, diminui a capacidade de infiltração, resultado no aumento do escoamento superficial, aumentando os picos de cheias e os problemas de enchentes em muitos municípios.
Dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2019) mostram que no Brasil, mais de 8 milhões de pessoas de 872 municípios do país, em 2010, viviam em áreas com risco de enchentes e deslizamentos de terra. Dados de 2017, afirmam que as áreas urbanas mais afetadas são devido à construção de moradias, rodovias e outras obras que prejudicam a drenagem da água. Dos municípios com mais de 500 habitantes, 93% sofreram com alagamentos e 62% com deslizamentos.
Em 2012 foram aplicados R$ 4,2 bilhões e, em 2019, R$ 306,2 milhões, do dinheiro público, em obras de contenções de cheias, e outras obras preventivas de desastres.
Percebe-se então a importância deste projeto de pesquisa, em busca da produção de um material poroso a ser utilizado nos pavimentos, para resolver problemas de alagamentos e enchentes em muitas cidades, trazendo um impacto positivo na diminuição de gastos públicos com obras de contenção, de habitação,
reconstrução de vias, redução de óbitos decorrentes de enchentes e escorregamentos, dentre outros.
Com esta pesquisa será possível avaliar qual o melhor traço de concreto permeável com a utilização de materiais locais, verificação da permeabilidade e resistência à compressão, considerando sua aplicação para tráfego leve.
Essa pesquisa trará informações para o pesquisador, como também para os profissionais das engenharias, principalmente a civil, a sociedade em geral e, aos gestores do município, pois é uma alternativa para resolver os problemas de acúmulo de água nos pavimentos da cidade.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 PAVIMENTO DE CONCRETO SIMPLES
De acordo Oliveira (2000), o pavimento de concreto simples é aquele que apenas o concreto resiste aos esforços nele solicitados, não transmitindo para a sua fundação. Quando executado em placas de concreto, estas devem ter juntas para a dissipação dos esforços provenientes da retração, empenamento e da dilatação térmica.
Segundo Pitta (1988), a espessura da placa de concreto está diretamente ligada com as tensões que atuam sobre ela. Essas forças aplicadas por ciclos reiterados de tempo podem vir a causar no pavimento o fenômeno conhecido por fadiga, que é o trincamento da placa causada por esses ciclos oriundos da passagem de veículos.
De acordo com o Manual de Pavimentos Rígidos do DNIT (2005), os materiais que compõem os pavimentos de concreto de cimento Portland são cimento Portland, agregados graúdos, agregados miúdos, água, aditivos e materiais de selante de junta.
Ainda, segundo o Manual de Pavimentos Rígidos do DNIT (2005), o concreto empregado em pavimentação deve apresentar uma resistência característica à tração na flexão em torno de 4,5 MPa e uma resistência característica à compressão axial que gira em torno de 30 MPa.
Segundo Balbo (2009), pode ser utilizado vários tipos de concreto na construção do pavimento, sendo eles concreto convencional, concreto de alta resistência e o concreto compactado a rolo. Deverá apresentar uma baixa variação volumétrica, uma trabalhabilidade compatível com o equipamento que irá espalhar o mesmo, adensamento e acabamento desejado. Com um consumo de cimento igual ou acima de 320 kg/m³ de concreto. (DNIT, 2005)
Oliveira (2000) cita que os pavimentos de concreto simples podem ser divididos em duas categorias, com e sem barra de transferência. E que uma placa de pavimento de concreto simples pode possuir armadura em locais isolados, tendo a função de evitar a fissuração e a geometria irregular. Balbo (2009) complementa que as barras
de transferência possuem a função de aliviar as cargas aplicadas, deslocando os esforços para a placa subsequente.
Outro fator importante quando se trata de placas para pavimento de concreto, é que as mesmas possuem grandes tamanhos, conforme tabela 1, e por isso sofrem com as variações térmicas, pois possuem superfícies expostas a alterações de umidade e temperatura. Para isso, Balbo (2009) indica a serragem de juntas transversais e longitudinais, de igual espaçamento. Esse procedimento induz a ocorrer à trinca nesse local em especifico.
Tabela 1- Altura, largura e comprimento das placas de concreto usadas em pavimentos de concreto simples com e sem barras de transferência.
Altura das placas (m)
Largura das placas (m)
Comprimento das placas (m) Sem barras de
transferência 0,15 a 0,20 3 a 4 4 a 6
Com barras de
transferência 0,16 a 0,45 ≤ 7 ≤ 7
Fonte: Oliveira (2000)
Em relação ao fator água/cimento o ideal é que esse fator seja baixo, pois se possuir muito cimento isso afetará diretamente na retração do concreto, agravando assim o problema. Ainda, durante a concretagem, o concreto deve possuir características, mesmo que possua consistência seca, que façam com que o mesmo tenha trabalhabilidade, homogeneidade, densidade e impermeabilidade adequadas (OLIVEIRA, 2000).
2.1.1 Pavimentação rígida
O pavimento rígido é aquele em que o revestimento tem uma elevada rigidez em relação às camadas inferiores e, absorvendo todas as tensões provenientes do carregamento aplicado. É um tipo de pavimento constituído por lajes de concreto de cimento Portland (DNIT, 2006).
São tipos de pavimentos em que a espessura é determinada em função da resistência à flexão das lajes de concreto, sendo que o revestimento é constituído por ligantes de cimento. A mistura para a confecção do concreto é feita com cimento Portland, areia, agregado graúdo e água, distribuído numa camada devidamente adensada, essa camada funciona ao mesmo tempo como revestimento e base do pavimento (DNIT, 2006).
Segundo Maciel (2017), o pavimento rígido é constituído da placa de concreto e que normalmente são inseridas as barras de transferência. A fundação é formada de uma camada de sub-base de solo-cimento e do subleito. As juntas de retração são executadas após a finalização do pavimento. Alguns modelos de pavimentos rígidos mais utilizados são: de concreto simples; de concreto com armadura distribuída descontínua, de concreto estruturalmente armado; de concreto protendido e com fibras.
O pavimento de concreto simples é constituído por placas de concreto que resistem aos esforços proporcionados pelo tráfego simplesmente se apoiando na fundação. Deve possuir alta resistência ao esforço à tração na flexão. O pavimento simples, sem barras de aço, não é amplamente utilizado, pois suporta cargas de menor intensidade e baixo fluxo de veículos (MACIEL, 2017).
Pavimento de Concreto com Armadura Descontínua possui armadura destinada, para combater a fissuração proveniente da retração do concreto. O pavimento de Concreto Continuamente Armado apresenta armadura longitudinal contínua sem a presença de juntas transversais intermediárias de expansão ou contração. O pavimento de Concreto Estruturalmente Armado possui barras de transferência e telas de aço distribuídas na parte superior e inferior da placa. O pavimento de Concreto Protendido é empregado principalmente em pavimentos de aeroportos e pisos industriais pesados. O pavimento de Concreto com Fibras:
pavimento composto de placas de concreto com adição de fibras de aço ou poliméricas – nylon e polipropileno (SILVA; CARNEIRO, 2014).
Estudo realizado por Koyanagawa, Yoneya e Kokubu (1994) determinaram modelos de fadiga aplicando resistências à tração na flexão de 4,0 MPa, 5,2 MPa e 6,0 MPa para probabilidade de ruptura por fadiga de 10% e 50%.
De acordo com o Manual de Pavimentos Rígidos do DNIT (2005), o concreto do pavimento deve apresentar uma resistência característica à tração na flexão em torno de 4,5 MPa e uma resistência característica à compressão axial que gira em torno de 30 MPa (BOTTEON, 2017).
A resistência à tração é um fator primordial na produção de concreto permeável a ser moldado no local.
Tabela 2- Requisitos mínimos para resistência mecânica e espessura do concreto permeável.
Fonte: NBR 16416 (ABNT, 2015)
A tração na flexão é calculada a partir na NBR 12142, a partir da ruptura do corpo de prova moldado de acordo com a NBR 5738 (ABNT, 2015). Utiliza-se a seguinte equação:
𝐟ct, f = 𝑭. 𝑰 𝒃 . 𝒅𝟐 Onde:
Fct,f= resistência à tração na flexão (MPa) F=força de ruptura na prensa (N)
l=distância entre apoios (mm) b=largura do corpo de prova (mm) d=altura do corpo de prova (mm)
2.1.2 Suporte para o pavimento de concreto
Segundo Rodrigues e Pitta (1997) para se determinar o suporte da base do pavimento, que serve como fundação, se faz uma relação entre o coeficiente de recalque k e o Índice de Suporte Califórnia (CBR). Rodrigues e Pitta (1997) ainda citam que pavimentos rígidos possuem bom comportamento sobre solos com um CBR baixo. Porém, citam quatro vantagens, que fazem com que mesmo o pavimento de concreto possuindo bom desempenho sobre o terreno com baixo CBR, faça-se o uso de sub-bases. São elas:
✓ Impedir que os finos presentes no solo sofressem o processo de exsudação a cada passagem de carga, quando o solo estiver com a presença de água;
✓ Uniformizar o suporte da fundação, pois sem a sub-base poderá ter vários índices e assim alterar o comportamento;
✓ Aumentam a resistência do coeficiente de recalque da fundação, principalmente quando ocorre o uso de cimento;
✓ Reduzem os efeitos a estrutura do pavimento dos solos que sofrem variação de volume.
2.2 CONCRETO POROSO: CONCEITOS E ASPECTOS HISTÓRICOS
O concreto poroso que também é conhecido como concreto permeável é composto por material ligante hidráulico, brita de graduação uniforme (agregado graúdo), água e, pouco ou nenhuma quantidade de agregado miúdo. Ainda na composição da mistura podem estar utilizando aditivos para atribuir uma melhor resistência, durabilidade, desempenho e trabalhabilidade (COSTA et al., 2019).
Os pavimentos permeáveis são considerados sistemas de drenagem urbana, pois permitem a passagem ou infiltração de 100% da água que chegam até ele, evitando o escoamento superficial. A água infiltrada é dissipada através de sistemas de drenagem (MARCHIONI; SILVA, 2013).
A Figura 1 apresenta uma seção típica de pavimento permeável, em que é possível observar três camadas: revestimento de concreto permeável, base com tubulação de drenagem e subleito.
Figura 1- Seção típica de pavimento permeável
Fonte: Marchioni e Silva (2013)
De acordo os autores supracitados o revestimento permeável deve permitir a passagem de água rapidamente, impedindo a formação de poças. É preciso levar em consideração a intensidade de chuva no local, características do solo e o tráfego.
O concreto poroso é definido pelo American Concrete Institute (ACI 522, 2010) como uma estrutura que possui espaços vazios e que facilita a passagem de água através da sua superfície. Sendo considerado um material sustentável, reduzindo o escoamento superficial, propiciando um aumento da recarga do lençol freático e reduzindo os impactos da urbanização.
O pavimento permeável deve possuir uma porosidade elevada e, consequentemente uma boa drenagem. Logo, é preciso ter uma boa capacidade de infiltração e, quando bem projetado e implantado de forma correta, influencia na diminuição dos picos de vazões nas épocas de chuvas, em um determinado local (COSTA et al., 2019).
Para o concreto ser considerado poroso torna-se necessário que o agregado a ser utilizado na composição tenha uma granulometria adequada, com ausência de finos, em que a abertura de poros permita a passagem de água pelo material (MONTEIRO, 2010).
O concreto poroso tem um alto índice de vazios, ou seja, uma alta porosidade, e uma resistência reduzida se comparado ao concreto convencional. Neste sentido, seu uso é limitado a local com tráfego leve ou pouco intenso (ACI 522R-10 apud RAMOS, 2018). Sendo indicado para locais com tráfego de cargas moderadas, estacionamentos e calçadas.
A alta porosidade desse tipo de concreto é adquirida pela utilização de agregados graúdos com a mesma granulometria, o que proporciona um volume de vazios entre 15% e 30%. A quantidade de materiais e a relação água cimento influência na resistência do concreto, considerando que o volume de vazios reduz a resistência do material se comparado ao concreto convencional (BOTTEON, 2017).
Esse tipo de concreto é bastante utilizado para a pavimentação, em países como Estados Unidos e Europa (Feguson, 2005 apud MONTEIRO, 2010). A primeira utilização foi na Europa, em 1852. Na Alemanha esse concreto foi utilizado como material estrutural, na década de 20 e, no Reino Unido, na década de 30, e difundido na década de 40, através do sistema “Wimpey no-fines house”, produção de moradias sociais após a Segunda Guerra Mundial. Nos Estados Unidos, os pavimentos permeáveis foram estudados na década de 70, para evitar aquaplangem, ofuscamento do farol, redução de ruídos e, a problemas de hidráulica, quantos aos escoamentos superficiais (BOTTEON, 2017).
A princípio o concreto poroso foi utilizado para a fabricação de tubos drenantes e, hoje é bastante empregado como revestimento em pavimentações nos Estados Unidos, Europa e Japão (MONTEIRO, 2010).
No Brasil, as primeiras utilizações do concreto poroso foram em aeroportos, utilizando revestimentos asfálticos, como no de Confins em Belo Horizonte-MG, no ano de 1983 e, em 1987 no recapeamento da pista do aeroporto Santos Dumont, no Rio de Janeiro (BOTTEON, 2017).
Segundo a autora supracitada, dos revestimentos asfálticos drenantes teve início no Brasil em 1992, em trecho da Rodovia dos Bandeirantes-SP e em outras rodovias como na via marginal da Rodovia Presidente Dutra (1997) e outras. O incentivo ao uso dessa tecnologia no país veio também após a publicação da NBR 16416 – Pavimentos permeáveis de concreto – Requisitos e Procedimentos, com os requisitos mínimos e especificações técnicas (BRASIL, 2015).
2.3 CARACTERÍSTICAS DO PAVIMENTO PERMEÁVEL
O pavimento permeável é caracterizado por possuir elevada porosidade e boa permeabilidade, dependendo da sua composição. Devido a essa capacidade de deixar a água infiltrar através de sua estrutura porosa, a utilização dessas estruturas, quando corretamente projetadas e implantadas, podem influenciar significativamente nas vazões de pico que ocorrem durante eventos de chuva em determinado local (BETEZIN, 2003). Polastre e Santos (2006) mencionam que o concreto deve possuir um alto índice de vazios interligados, garantindo assim a permeabilidade do concreto.
Utilizado com pouca ou nenhuma porção de areia na sua composição, assim é permitido a percolação de grande quantidade de fluido.
Segundo Henderson (2009), ao se reduzir a quantidade de agregado miúdo ou simplesmente eliminá-lo da mistura de concreto, o índice de vazios pode aumentar para valores entre 15 a 25%. Dessa maneira, a água proveniente das precipitações poderá percolar por meio dos poros da placa de concreto, diminuindo consideravelmente a quantidade de escoamento superficial das águas pluviais.
Quando o concreto permeável é utilizado em pavimentação externa, a água da chuva pode infiltrar diretamente no solo, diminuindo a vazão que segue para o sistema de drenagem urbano. A sua adoção também contribui para a manutenção dos aquíferos subterrâneos e à redução da velocidade e da quantidade do escoamento superficial dessas águas.
Por permitir a infiltração natural das águas pluviais, ele acaba contribuindo para um uso mais eficiente do solo, pois não são mais necessárias obras de drenagem, como pontos de retenção, valas, tubulações e outros mais. O concreto permeável possui outros pontos positivos, destacados por Polastre e Santos (2006), tais como:
Proporcionar um menor custo durante o seu ciclo de vida; b. Absorver menos radiação solar e facilitar a sobrevivência da arborização em áreas pavimentadas, por permitir a chegada de água e ar até as raízes; c. Colaborar para reduzir o problema das enxurradas urbanas, que acabam levando uma enorme quantidade de resíduos e poluentes aos corpos de água.
Com o correto dimensionamento e execução, o seu grau de permeabilidade é suficiente para permitir a passagem de todo o fluxo precipitado na maioria dos eventos de chuva, praticamente anulando o escoamento superficial. Segundo Dellate e Clearly (2006), existem três tipos de concretos permeáveis que podem ser caracterizados pelo nível de resistência e permeabilidade.
a) O primeiro, conhecido como concreto permeável hidráulico, é um material com baixa resistência mecânica e elevada permeabilidade, utilizado para aplicações não estruturais;
b) O concreto permeável normal possui resistência e permeabilidade intermediárias, e pode ser utilizado para estacionamentos e calçadas, sendo representado por uma mistura sem adição de agregado miúdo;
c) Por fim, existe o concreto permeável estrutural, que possui elevada resistência mecânica e baixa permeabilidade, sendo caracterizado pela adição de materiais de granulometria reduzida na mistura. Este tipo pode ser utilizado em estacionamentos, ruas e avenidas que possuam tráfego de veículos pesados.
Para garantir a permeabilidade às águas pluviais, é muito importante que se formem vazios interligados, essencial para a caracterização do concreto permeável.
Por essa razão, na maioria das misturas, não se utiliza agregado miúdo (areia), sendo o concreto confeccionado apenas com água, cimento e agregado graúdo, enquadrando-se assim com brita 0 ou brita 1 (BATEZINI, 2013).
Nesse sentido, o resultado se dá em um material conglomerado, formado por partículas de agregado graúdo recobertas com uma camada razoavelmente espessa de cimento e água. Em alguns casos usam-se pequenas quantidades de areia para aumentar o volume da camada de recobrimento, sem aumentar o custo. Ao utilizar essa estratégia geralmente se obtém um material com um índice de vazios entre 15 a 25%, e capacidade de percolação na ordem de 200 l/m2/min (ACI, 2006).
A mistura composta por mais agregados miúdos, resulta em uma porosidade e permeabilidades inferiores, podendo comprometer as suas propriedades hidráulicas (MONTES E HASELBACH, 2006). A capacidade de percolação das águas pluviais diretamente no solo pelo material traz a possibilidade de, ao optar pela utilização do concreto permeável, seja repensada a necessidade de grandes obras de drenagem e
de grande impacto. Em um ambiente urbano, isso representa um ganho ambiental e econômico, elevando o valor da terra. Huffman (2005) considera que um concreto permeável adequadamente dosado deve apresentar baixa densidade, ser permeável e apresentar boa capacidade estrutural.
O concreto permeável tem a sua densidade influenciada, diretamente, pelas propriedades e proporções dos materiais utilizados e na metodologia de compactação usada na sua aplicação. Em geral, encontram-se densidades na ordem de 1600 kg/m3 a 2000 kg/m3 e índices de vazios de 15 a 25% (TENNIS, 2004). Quanto à permeabilidade, cabe destacar as pesquisas do Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH) da UFRGS, reportadas por Araújo et. al. (1999), que avaliaram a eficiência dos pavimentos permeáveis na redução do escoamento superficial.
Percebeu-se nos testes que as superfícies impermeáveis tipicamente usadas na pavimentação urbana, com uso de asfalto, placas de concreto e pedras, acabaram gerando um escoamento superficial 44% maior que outras superfícies, como o solo compactado. Em áreas semipermeáveis, formadas por pavimentos permeáveis com materiais intertravados como paralelepípedos, foi registrado um nível de escoamento inferior ao das áreas impermeáveis, mas ainda 11 a 22% superior ao verificado em solos compactados (HOLTZ, 2011).
Quando se usou o concreto permeável praticamente não se demonstrou escoamento superficial. Isso demonstra que essa tecnologia pode de fato ajudar a mitigar as enxurradas, revertendo, pelo menos em parte, o quadro problemático associado com a alta impermeabilização do solo.
Segundo Holtz (2011), taxas de fluxo típicas de passagem de água através do concreto permeável são da ordem de 120 l/m2/min (2 mm/s) a 320 l/m2/min (5,4 mm/s), valores superiores à capacidade de infiltração da maioria dos solos. O que justifica a efetiva capacidade de infiltração vai ser dada através do solo. O autor reforça que mesmo em solos pouco permeáveis, o uso do concreto permeável, sobre uma camada de assentamento de brita, permite gerar uma capacidade de retenção e reduzir a quantidade de água que escoa superficialmente, especialmente em eventos de chuva intensa e de curta duração, que favorecem a ocorrência de inundações.
Fazendo o uso do concreto permeável, de forma a reduzir ou retardar a onda de cheia, os impactos urbanos são menores, Tucci (2006), ressalva constantemente
que em um cenário urbano, há grande volume de água escoado por uma área permeável inferior à natural.
Segundo o ACI (2006), as misturas de concreto permeável apresentam resultados diretamente ligados ao índice de vazios e ao traço, apresentando normalmente resistências de compressão na escala de 3,5 MPa a 28 MPa. Polastre e Santos (2006) citam que em média se obtém resistências da ordem de 25 MPa, ou seja, apesar do elevado índice de vazios, o contato entre os agregados graúdos que compõem o esqueleto do concreto permeável garante uma resistência razoável. A pasta ou argamassa de cimento, usada em pequenas quantidades, garante que os agregados permaneçam unidos, evitando o desmoronamento e dificultando a perda de material por abrasão.
2.4 PROPRIEDADES DO CONCRETO POROSO E CONVENCIONAL
Para ser considerado um concreto poroso é preciso ter uma granulometria adequada, e os vazios entre grãos permita a passagem de água pelo material. As propriedades vão depender da quantidade de materiais que compõem a mistura, como quantidade de cimento, de água (a/c) e quantidade de vazios, que dependem da graduação do agregado (MONTEIRO, 2010). A Tabela 3 apresenta as diferenças entre o concreto convencional do poroso.
Tabela 3- Concreto convencional X Concreto poroso
TIPO Fck (MPa) Areia Brita Aditivos
Convencional 20 a 60 De 30 a 50 % Bem graduado,
arredondado. Opcional
Poroso 3 a 30 Pouco ou nenhum
Graduação Aberta, angulosos
Redutor de água, retardador de pega e incorporador de ar Fonte: Adaptado de Monteiro (2010)
Percebe-se que a resistência característica do concreto a compressão (Fck) é alta no concreto convencional se comparada com a do concreto poroso. Essa diferença é devido ao percentual de vazios, que é alto no poroso, pois quando estes
não são preenchidos com um agregado com uma granulometria menor, como a areia, tem uma menor resistência.
O concreto poroso no seu estado endurecido deve possuir um índice de vazios de 0,15 a 0,25, e, fluxo de água em torno de 200 l/m²/min (Tennis et al., 2004 apud CASTRO, 2015). No estado endurecido, os vazios variam de 15% a 35% e resistência a compressão de 2,8 a 28 MPa (ACI 522R-10 apud RAMOS, 2018).
De acordo Monteiro (2010), a resistência maior no concreto convencional é por ele ser estanque e no poroso, é permitida a passagem de água, por esse motivo a resistência ser moderada. Segundo Ramos (2018), o tempo de concretagem do concreto permeável deve ser reduzido, pois este perde água rapidamente. Logo, esse tempo deve ser no máximo uma hora entre a mistura e a aplicação. O tempo pode ser prolongado com a utilização de retardadores de pega, que aumenta o tempo para uma hora e meia, que depende também da dosagem a ser utilizada.
Para a confecção do concreto torna-se necessário a mistura de aglomerante, agregados (graúdos e miúdos), água e, dependendo da finalidade podem ser usados alguns aditivos retardadores de pega, que melhorem a trabalhabilidade e o manuseio do material, dentre outros.
O cimento é um aglomerante, pois tem função de unir materiais, seu endurecimento se dá por meio de reações químicas quando em contato com a água.
O cimento Portland é um pó cinza, resultante da moagem do clínquer e sulfato de cálcio. Quando endurece tem característica de rocha artificial, pois adquire resistência e durabilidade. No processo de endurecimento precisa de água para se hidratar, devido à liberação de calor (LEITE; GIRARDI; HASTENPFLUG, 2018). Dentre os diferentes tipos de cimento, os de uso mais comuns nas construções são o CPII E-32, o CPII F32 e o CPIII-40 (BASTOS, 2006).
Os agregados são classificados em miúdos e graúdos, que podem ser de origem natural ou artificial. São classificados conforme o tamanho de seus grãos, e seu uso no concreto pode ser com a utilização de grãos do mesmo tamanho ou de tamanhos diferentes, dependendo da finalidade do produto final. Possuem formas e mineralogias, que estão relacionados à dureza dos grãos, dando uma maior durabilidade. Não podem ter substâncias que prejudiquem a hidratação,
endurecimento do cimento e, durabilidade do material (LEITE; GIRARDI;
HASTENPFLUG, 2018).
A granulometria é determinada por ensaios de caracterização de acordo a norma NBR NM:248 (ABNT, 2003), onde o material será separado através do agitador mecânico de peneiras. Classificam-se como agregado miúdo os grãos que passam pela peneira ABNT # 4 (malha quadrada de 4,8 mm) e ficam retidos na peneira ABNT
# 200 (malha de 0,075 mm); e agregado graúdo são os grãos que passam pela peneira ABNT com abertura nominal de 152 mm e ficam retidos na peneira ABNT # 4 (abertura de 4,8 mm).
No concreto convencional os agregados utilizados para a confecção são o miúdo e o graúdo, pois as partículas menores preenchem os vazios, dando uma maior resistência ao material. Já no concreto poroso, o agregado miúdo é utilizado em pequena ou nenhuma quantidade, para que o material tenha um maior número de vazios e seja mais permeável.
Quase todas as águas naturais são apropriadas para amassamento. O teor de água do concreto fresco é dado pelo fator água-cimento (a/c), isto é, pela relação em peso água-cimento. A quantidade de água também é um fator que influencia na resistência do concreto, pois em quantidades maiores tendem a deixar o material poroso, mais trabalhável e menos resistente. A relação a/c varia geralmente entre 0,3 e 0,6. Quanto menor for o teor de água, maior é a resistência do concreto e menor é a trabalhabilidade (ALMEIDA, 2002).
Logo, percebe-se que a relação água/cimento (a/c) tem grande influência na resistência e consistência do concreto. No concreto permeável, a quantidade de água deve dar um brilho à mistura e, ao retirar uma amostra de concreto e formar uma bola esta não deve desmoronar e não fluir pelos vazios (RAMOS, 2018).
Figura 2- Consistência do concreto permeável
Fonte: Tennis (2004 apud RAMOS, 2018)
Como afirmado anteriormente, a quantidade de água influencia nas propriedades da mistura. Quando em pequenas quantidades deixa a massa sem consistência e com resistência baixa, já em quantidades maiores faz com que a pasta sele os vazios, deixando o material com baixa resistência ao desgaste superficial (MONTEIRO, 2010).
2.5 MATERIAIS CONSTITUTIVOS
A eliminação do agregado miúdo aumenta sobremaneira a superfície específica da mistura, provocando o aumento do consumo de água de amassamento e a substancial redução do tempo de pega do concreto.
Apesar de pouco usual, a NRMCA (2008) admite a possibilidade do uso do agregado miúdo. Por outro lado, impõe-se o respeito à homogeneidade da faixa granulométrica do agregado graúdo, como apresentado na tabela 4. O controle da rugosidade do piso é obtido pela variação no diâmetro do agregado, que pode variar de 5mm a 20mm.
Tabela 4 – Proporções de componentes do concreto poroso NRMCA (2008)
COMPONENTE PROPORÇÃO
Cimento 270 a 415 kg/m³
Agregado 1.190 a 1.480 kg/m³ Água / cimento 0,27 a 0,34
Agregado / cimento 4 a 4,5:1 Agregado miúdo / graúdo 0 a 1:1
O desempenho mecânico também sofre interferência da compactação, que, segundo a CRMCA (2009), não pode ser excessiva para não fechar os vazios, nem tão parca que não garanta aderência dos agregados e impeça um tráfego suave. Para isso, deve-se lançar mão do uso de rolos compactadores com uma pressão de serviço de 69KPa. Por outro lado, o substrato do colchão deve sofrer o mínimo necessário de compactação para não prejudicar a permeabilidade.
Figura 3 - Amostra de uma placa de concreto permeável.
Fonte: UFRGS - Secretaria de Desenvolvimento Tecnológico (2018)
O dimensionamento da espessura e das demais características do subleito, do base de brita graduada (colchão drenante) e do revestimento (concreto poroso), assim como das demais camadas do pavimento, seguem os mesmos critérios adotados para os pavimentos rígidos, constituídos de concreto de cimento Portland.
Senço (1997) relembra que os pavimentos rígidos têm esse nome por serem pouco deformáveis e rompem por tração na flexão. Por essa razão a determinação da espessura das camadas é conseguida a partir da avaliação da resistência à tração do concreto, sendo feitas considerações em relação à fadiga, ao coeficiente de reação do subleito e às cargas aplicadas.
O autor realça que a placa de concreto tem funções mais amplas que a delgada camada de revestimento dos pavimentos flexíveis, pois, pelo “efeito viga”
resultante de sua rigidez, distribui as cargas do tráfego por áreas muito maiores, o que lhe permite exercer, simultaneamente, as funções de revestimento e de base.
Por essa razão, enquanto o dimensionamento do pavimento flexível é comandado pela resistência do subleito, no pavimento rígido o fator determinante é a resistência do próprio pavimento (SENÇO, 1997).
Assim, o pavimento rígido é modelado como uma placa infinita de concreto sujeita a cargas vertical e horizontal do tráfego, que são distribuídas pela placa de concreto e transmitidas à camada de brita de forma homogênea.
No pavimento permeável, a camada de brita exerce a função estrutural de dissipar as tensões recebidas pela placa de concreto e de amenizar o impacto sobre o subleito por meio do espraiamento das pressões (figura 4) verificado experimentalmente (CAPUTO, 1987).
Figura 4– Espraiamento das pressões no solo
Com esse procedimento, a carga que efetivamente atinge o subleito é bastante diminuta, o que autoriza autores, como EPA (1999), a sugerir dispensar a compactação dessa camada.
A NRMCA (2008) informa ser comum o uso de aditivos retardadores e estabilizadores de absorção de água para equilibrar o processo, pois o aumento da
quantidade de água no concreto poroso tem ocasionado perda significativa de durabilidade e resistência.
Em vista disso, a NRMCA (2008) sugere fator Água/Cimento situado na faixa entre 0,27 e 0,34 com o uso de aditivos. A quantidade correta de água pode ser percebida quando a massa ganha certo brilho de umidade, sem ficar liquefeita.
2.6 COMPOSIÇÃO DO TRAÇO DO CONCRETO POROSO
Para a composição do traço do concreto poroso torna-se necessário um maior rigor comparado com o concreto simples. Como o concreto permeável tem uma quantidade de vazios expressivos, deve possuir uma quantidade baixa ou nula de agregados miúdos, para atingir o propósito da permeabilidade (COSTA et al., 2019).
A tabela 5 apresenta um exemplo de composição do traço do concreto poroso.
Tabela 5- Composição do traço de concreto permeável
Materiais Consumo/proporção
Cimento Portland (Kg/m3) 270 a 415 Agregado graúdo (Kg/m3) 1.190 a 1.700 Relação água/cimento (a/c) em massa 0,27 a 0,34
Relação cimento/agregado em massa 1:4 a 1:4,5 Relação agregado miúdo/agregado graúdo em massa 0 a 1:1
Fonte: Batezini (2013 apud CASTRO, 2015)
2.6.1 Agregados
Quanto aos agregados, o graúdo deve ter uma granulometria uniforme, sem variação de tamanho, considerando que o diâmetro de 19 mm é bastante utilizado. O miúdo deve ser retirado da mistura ou utilizado em pequena quantidade (CASTRO, 2015). Embora se utilize graduações que variam de 19 mm a 4,8 mm, 9,5 mm a 2,4 mm e 9,5 mm a 1,2 mm (BOTTEON, 2017).
A Figura 5 apresenta a diferença entre a graduação de grãos, sendo possível observar que a graduação uniforme os grãos possuem aproximadamente o mesmo tamanho.
Figura 5- Exemplo de graduação dos grãos
Fonte: Farias et al. (2010 apud BOTTEON, 2017)
2.6.2 Aglomerante e aditivos
Segundo Monteiro (2010) um elevado consumo de cimento poderá produzir um concreto resistente, porém, reduz a capacidade de infiltração, logo, recomenda-se utilizar uma quantidade de 270 kg/m³ e 415 kg/m³, com o propósito de seguir requisitos de resistência e permeabilidade.
O cimento Portland é o principal ligante hidráulico utilizado em concretos permeáveis, podendo estar empregando também ligantes asfálticos. É importante utilizar ligantes que proporcione uma coesão da mistura de forma eficiente, para evitar a desagregação do agregado, devido à ação do intemperismo (BOTTEON, 2017).
Na composição do concreto poroso a adição de aditivos é importante, pois este possui uma pega rápida e, retardadores de pega são bastante utilizados. O ligante hidráulico mais utilizado é o cimento Portland, porém outros materiais podem ser aplicados.
2.6.3 Abatimento (Slump Test)
O concreto permeável no estado fresco possui baixa consistência, resultando em uma baixa trabalhabilidade e, abatimento menor que 20 mm. Devido à baixa consistência é incomum a utilização do ensaio de abatimento de tronco cone (Slump Test), como método de controle. Os métodos mais empregados de controle são os
ensaios de massa unitária e visual. Os ensaios de corpo de prova e de ensaios laboratoriais utilizados no concreto convencional não se aplicariam ao permeável, devido as suas características diferenciadas (RAMOS, 2018).
A confecção do concreto permeável exige um maior cuidado. Após a concretagem, devendo este ser coberto com uma lona plástica, para impedir a evaporação de água da mistura, e protegido por no mínimo sete dias (CASTRO, 2015).
2.7 COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE
A permeabilidade do concreto poroso depende dos materiais que foram utilizados na composição e da forma de execução. Segundo Ramos (2018) se um pavimento tiver 125 mm e 20% de espaços vazios, tem a capacidade de armazenar cerca de 25 mm de água pluvial. Em um pavimento de 150 mm de brita a capacidade de armazenamento aumenta, em 75mm.
Ainda, segundo o autor supracitado, o coeficiente de permeabilidade é a taxa de infiltração de água na estrutura, com valores que variam de 0,21cm/s e 0,54cm/s, no concreto poroso.
Marchioni e Silva (2013) mostra qual o procedimento de mensurar a taxa de infiltração de água no concreto permeável, podendo ser verificado na figura 6.
Figura 6- Esquema para medição de coeficiente
Fonte: Marchioni e Silva (2013)
Os autores recomendam utilizar um cilindro com diâmetro de 30 cm e altura mínima de 20 cm. É realizada uma pré-molhagem no pavimento com 3,6 L de água.
O fluxo deve ser mantido constante dentro do cilindro, com altura d’água de 10mm e 15 mm, tanto na pré-molhagem quanto no ensaio. O coeficiente é calculado pela fórmula de Darcy (MARCHIONI; SILVA, 2013).
𝐈 =
𝑲.𝑴𝑫𝟐 .𝒕 Equação 1
I = Coeficiente de infiltração (mm/h) M = massa de água infiltrada (kg) D = diâmetro interno do cilindro (mm)
t= intervalo de tempo entre a adição da água e infiltração total K= constante (4.583.666.000)
Schwetz et al. (2015) realizaram ensaios de permeabilidade do concreto em corpo de prova cilíndrico que foi envolvido em uma membrana de látex e inserido no permeâmetro. Na abertura do circuito a água entre e o ar sai. Quando o circuito fecha, o nível entre a superfície da amostra e o dreno do permeâmetro é mantido. A coluna de água foi de 290 mm, e registraram a descida da água até 70mm da amostra.
Repetiram o procedimento em três vezes e tiraram a média. O coeficiente foi calculado pela Lei de Darcy.
Os autores Silva e Silva (2019) utilizaram equação simples para o cálculo da taxa de infiltração, considerando a relação entre volume de água (em litros) pelo tempo (segundos), com taxa de infiltração em litros/segundos.
Os autores Silva e Monteiro (2017) moldaram o concreto poroso em fôrmas com dimensões de 75x75x8 cm. Utilizaram também anel de infiltração com diâmetro de 29 cm e 10 cm de altura, com marcações para altura da lâmina de água em 10 mm e 15 mm, estando de acordo com a NBR 16416 (2015) que indica diâmetro de 30 cm com variação de ± 1cm e, altura mínima de 5 cm, para esse tipo de ensaio.
Os autores supracitados realizaram os ensaios em três pontos, devido à placa de concreto ter uma área menor que 2500 m², conforme a norma NBR 16416 (2015).
2.8 DOSAGENS
Nesse tópico serão apresentados estudos sobre as dosagens para a confecção do concreto poroso, as proporções utilizadas, o uso de aditivos para melhorar a consistência e trabalhabilidade do material e os resultados obtidos.
Estudo realizado por Valmorbida et al. (2018) com o objetivo de verificar a resistência e permeabilidade do concreto poroso, utilizaram o cimento CPII F 32 (100 g de cimento); 50 g de areia industrial, 394 g de Brita. Utilizaram o traço de 1:4,44:0,4 (cimento:agregado: relação a/c). Utilizaram molde para corpo de prova de 10x20 e encontrou um fck de 6,10 MPa e, de 5x10 cm, com fck de 11,42, aos 7 dias de cura.
Os autores não realizaram teste de permeabilidade, pois os corpos de prova não apresentaram vazios devido ao acréscimo de areia industrial, que necessitou da utilização de maior quantidade de água, gerando maior quantidade de argamassa, inibindo os espaços intersticiais.
Em pesquisa realizada por Silva (2019), foram analisados dois traços, em que um traço possuía agregado com diâmetro de 9,5 a 6,5 mm e em outro de 6,3 a 2,4 mm. Não foi utilizado agregado miúdo. Utilizou o CP V-ARI. Realizaram análise granulométrica com agitador de peneiras. A proporção do traço foi de 1:4,14:0,3, consumo de aglomerante de 374 (Kg/m³), 1660 (Kg/m³). O controle realizado foi visual e exame tátil, formação de bolas de concreto, para verificação da consistência.
Realizou ensaios de índice de vazios, massa específica aparente seca, permeabilidade e resistência à compressão uniaxial. Perceberam que o traço com variação uniforme apresentou melhor resultado nas características analisadas.
Castro, Nascimento e Teodoro da Silva (2018) utilizaram as proporções de 1:0,40:3:0,32 (cimento:agregado miúdo:agregado graúdo:relação a/c), traço de
referência sem aditivos e 1:0,40:4:0,34, com aditivos. Utilizaram 0,3L de aditivo, 0,5 L e 0,7 L para 50 kg de cimento e, impermeabilizante Tecplus 1 Quartzolit. Verificaram que o melhor traço foi de 1:0,40:3:0,32, sem adição de aditivo, que apresentou um maior coeficiente de permeabilidade. O impermeabilizante diminui a quantidade de vazios, interferindo na permeabilidade do concreto. Os autores utilizaram a brita 0 e DMC 9,5 mm, extraída de rocha de micaxisto. Foi determinada a massa específica aparente da areia de 2,498 g/cm³ e da brita 0, de 2,67 g/cm3.
Outro estudo utilizou três misturas de agregado graúdo, com variação de diâmetro de 4,8 mm a 12,5 mm, empregou o cimento CP III 40 RS, por apresentar elevada resistência a sulfatos, característica importante em concreto com alto índice de vazios. O consumo de cimento e agregado utilizado foi de 374 kg/m3 e 1.660 kg/m3 e traço com proporção de 1:4,44:0,3. Foram utilizados agregados graníticos, com diâmetro variando de 4,8 mm a 12,5 mm. Todo o agregado foi adicionado na betoneira com mais 5% do peso do cimento. Foi misturado por 1 minuto. Adicionado o restante dos materiais. Misturado por 3 minutos, seguido do repouso por 3 minutos e misturado por mais 2 minutos. O coeficiente de permeabilidade foi de 0,13 a 0,14 cm/s. A resistência a compressão variou de 9,2 a 11,5 MPa (BATEZINI, 2013).
Pode-se perceber que das quatro dosagens apresentadas, a de Valmorbida et al. (2018) não foi realizado teste de permeabilidade, devido a utilização de areia industrial que prejudicou a permeabilidade. Na dosagem de Castro, Nascimento e Teodoro da Silva (2018), o melhor traço foi o sem aditivo, que apresentou um maior coeficiente de permeabilidade.
Os autores Silva (2019) e Batezini (2013) utilizaram traço com proporções parecidas, diferenciando no aglomerante, em que o primeiro utilizou o CP V-ARI e o segundo autor o CP III 40 RS, por apresentar elevada resistência a sulfatos, característica de concreto com alto índice de vazios.
A água a ser utilizada no amassamento pode conter alguns íons agressivos, como o dióxido de carbono, sulfatos e cloretos, considerando que estas substâncias não prejudicam a durabilidade do concreto, quando este tem baixa porosidade e permeabilidade (LEITE; GIRARDI; HASTENPFLUG, 2018). No concreto poroso existe um alto índice de vazios, logo, é interessante a utilização de cimento resistente a sulfatos, para proporcionar uma maior durabilidade ao material.
Batezini (2013) utilizou três misturas de agregados graúdos, obtendo uma permeabilidade de 0,13 a 0,14 cm/s, divergindo de Ramos (2018), que recomenda uma permeabilidade de 0,21cm/s e 0,54cm/s, para o concreto poroso. Logo, percebe- se que a menor permeabilidade do concreto poroso de Batezini, pode ser devido à mistura de agregados de diferentes tamanhos, não utilizando agregado de granulometria uniforme.
3 METODOLOGIA
Para o desenvolvimento deste trabalho será realizada pesquisa bibliográfica e experimental. A parte bibliográfica será desenvolvida a partir de livros, artigos científicos, trabalhos monográficos e, legislação específica. A experimental será realizada através de ensaios no laboratório de materiais do CEULP/ULBRA, em Palmas-TO.
Esse trabalho será desenvolvido através de uma pesquisa descritiva com abordagem quantitativa. A Descritiva “exige do investigador uma série de informações sobre o que deseja pesquisar” (GERHARDT; SILVEIRA, 2009, p. 35). A quantitativa caracteriza-se pelo emprego da quantificação, com coleta de informações e tratamento delas (Richardson, 1999, apud OLIVEIRA, 2011).
3.1 MATERIAIS
Para a realização dos ensaios de laboratório serão utilizados os seguintes materiais:
✓ Água de amassamento: Será utilizada água potável proveniente da rede pública de abastecimento do município de Palmas-TO.
✓ Aglomerante hidráulico: Será utilizado o cimento do tipo Portland CPII-F-40 RS, por este ser facilmente encontrado no município.
✓ Agregado graúdo: Será utilizada a Brita 0 (ϕ 9,5 mm) e, Brita 1 (ϕ 19 mm).
Serão utilizadas 12 formas para corpo de prova cilíndrico 10x20cm, conforme NBR 5738 (ABNT, 2015), para a verificação da resistência à compressão. Serão confeccionadas 2 formas com dimensões de 750 mm de largura, 750 mm de comprimento e 80 mm de espessura para a confecção da placa de concreto para a verificação da permeabilidade, no estado endurecido, conforme NBR 9781 (ABNT, 2013). Será também utilizado anel cilíndrico de 300 mm de diâmetro, e altura de 100 mm, com marcação de 15 mm de altura, conforme a NBR 16416 (ABNT, 2015).
Para a verificação da Resistência à tração na flexão serão moldados quatro corpos de prova (prova e contraprova), em formatos prismáticos, com medidas de 15x15x50 cm, sendo dois para cada traço, para a idade de 28 dias.
Serão utilizados os equipamentos essenciais presentes no laboratório de materiais, inclusive a Balança de precisão.
Não será utilizado equipamento para realizar a vibração do concreto, pois o adensamento será realizado de forma manual.
Será também utilizado um Anel de infiltração no ensaio de permeabilidade e um cronômetro com resolução de 0,1 segundos.
Será utilizada betoneira com capacidade do tambor de 400 litros e capacidade de mistura de 280 litros, com dimensões (C x L x A) de 1650 x 976 x 1470 mm, produção horária de 3m3, rotação do tambor de 26 RPM, com 12 ciclos/hora.
3.2 PARÂMETROS PARA DOSAGEM E TRAÇO DE REFERÊNCIA
Para a composição do traço do concreto permeável será considerado como parâmetros para a dosagem dos materiais utilizados, o descrito na Tabela 2, conforme Batezini (2013 apud CASTRO, 2015). A dosagem será realizada utilizando em uma composição de materiais a Brita 0 e, na outra composição a Brita 1.
O processo de mistura utilizado na presente pesquisa será o mesmo utilizado por Batezini (2013), criado por Schaefer et al. (2006). Este método, segundo os autores, gera um ganho de resistência mecânica e condutividade hidráulica para o concreto produzido. O procedimento é da seguinte forma:
- Adicionar todo o agregado na betoneira com mais 5% do peso total do cimento;
- Misturar por 1 minuto;
- Adicionar o restante dos materiais;
- Misturar por 3 minutos;
- Deixar a mistura em repouso por 3 minutos;
- Misturar por mais 2 minutos.
A escolha do traço foi feita através de estudos de outros autores. Logo, a escolha da proporção do traço referência foi baseada nos estudos do autor Batezini
(2013). Neste sentido, a proporção de referência será de 1:4,4:0,3 (cimento:agregado graúdo:água) obedecendo também os parâmetros descritos na Tabela 3 e 4.
Não será utilizado agregado miúdo, pois conforme afirmado por Valmorbida et al. (2018), a areia prejudica a permeabilidade do material, devido à diminuição dos espaços vazios.
Não será utilizado aditivo plastificante, pois segundo a autora Silva (2019), este possui característica impermeabilizante, diminuindo os espaços vazios e influenciando na redução da permeabilidade do concreto. Logo, qualquer alteração no traço será no a/c, dentro da variação 0,27 a 0,34, em busca da melhor consistência e trabalhabilidade.
O cimento a ser utilizado é o CPII-F-40-RS, pois o fíler proporciona um maior grau de finura ao cimento dando uma maior resistência ao concreto. Sendo um tipo de aglomerante bastante utilizado na fabricação de concreto para pavimentos. Esse aglomerante também apresenta uma elevada resistência a sulfatos, característica importante em concreto com alto índice de vazios, conforme Batezini (2013).
Para confeccionar o concreto poroso com uma granulometria uniforme, a Brita 0 e a Brita 1 não serão misturadas. Então serão confeccionado um concreto com a Brita 0 e outro com a Brita 1.
Proporção de referência, conforme Batezini (2013):
1 : 4,4 : 0,3 Concreto poroso com Brita 0
Cimento = 374 kg/m3 Brita 0 = 1.646 kg/m3
Água = 112,2 kg/m3 ou 112,2 L/m3
Concreto poroso com Brita 1 Cimento = 374 kg/m3
Brita 1 = 1.646 kg/m3
Água = 112,2 kg/m3 ou 112,2 L/m3
3.3 ENSAIOS E MODO DE FABRICAÇÃO
O agregado graúdo coletado, primeiramente será seco ao ar e depois separado pelo peneiramento através do ensaio de granulometria para determinar a faixa dos diâmetros dos agregados, de 9,5 (malha 3/8’’) e 19 mm (malha 3/4'’), de acordo a NBR NM:248 (ABNT, 2003). Serão pesados os materiais retidos por tamanho. Esse ensaio será necessário para excluir da amostra grãos com dimensões menores do que os diâmetros da Brita 0 e Brita 1.
Será utilizado o processo de mistura de materiais conforme o indicado por Batezini (2013), adicionar na betoneira todo o agregado com mais 5% do peso do cimento. Será seguida a seguinte sequência: misturar por 1 minuto, adicionar demais materiais; misturar por mais 3 minutos; repouso por mais 3 minutos e misturar por 2 minutos.
O controle da consistência do concreto será realizado de forma visual e tátil.
Será feito bolas do concreto e este não deverá se desfazer, conforme Silva (2019).
Serão realizados também ensaios de slump test, conforme os procedimentos determinados na Norma Mercosul (NM) 67 (BRASIL, 1998), embora não seja necessário devido ao baixo abatimento no concreto poroso, conforme descrito na literatura pesquisada.
Para cada traço dosado, considerando Brita 0 e Brita 1, do concreto permeável, serão moldados seis corpos de provas (prova e contraprova), totalizando em 12 corpos de provas. As moldagens nos corpos cilíndricos serão executadas em 2 camadas, com 12 golpes cada, conforme NBR 5738 (ABNT, 2015). A moldagem das placas será em 3 camadas com 15 golpes cada. Será utilizado um desmoldante em todas as fôrmas para facilitar a retirada dos corpos de prova. Após 24 horas da moldagem serão submetidos à cura em tanque com água, conforme a ABNT NBR 5738 (BRASIL, 2015).
Será verificada a resistência à compressão axial dos corpos de provas cilíndricos, aos 7, 14 e 28 dias de cura, com o auxílio de prensa hidráulica. A resistência à compressão será obtida, dividindo-se a carga da ruptura pela área da seção transversal do corpo-de-prova a ser utilizado no ensaio, conforme ABNT NBR 5739 (BRASIL, 2007).
Para a realização do ensaio de permeabilidade, será utilizado um volume de água conhecido e será aplicado com a utilização de um anel de infiltração de 30 cm de diâmetro (tubo de PVC), colocado sobre uma placa de concreto permeável, que limitará a área molhada. A água a ser infiltrada será monitorada através da utilização de um cronômetro que contabilizará o tempo de infiltração da água (SILVA; SILVA, 2019).
Para não prejudicar a infiltração de água no concreto será retirado qualquer sedimento sobre o material. Será realizada também uma pré-molhagem antes de iniciar o ensaio. O anel será vedado com massa de calafetar. Será mantido um nível de água de 15 mm. Será marcado o intervalo de tempo no cronômetro quando a água atingir a superfície do concreto e parado quando a água estiver infiltrada totalmente.
Será realizado 3 medições em 3 pontos de cada placa, por estas apresentarem área menor que 2500 m², conforme especificações da NBR 16416 (2015). Será calculada a média das taxas de água infiltrada em cada placa de concreto poroso.
A taxa de infiltração será calculada através da equação 1.
𝐈 =
𝑳𝑻
Equação 2
Onde:
I = Taxa de infiltração (𝑙/𝑠) L= Volume de água (litros)
T = Tempo (segundos)
Os resultados dos ensaios serão apresentados em tabelas, gráficos e imagens dos procedimentos, realizando comparações com estudos de outros autores sobre essa temática.
3.4 VARIÁVEIS
As variáveis a serem consideradas serão:
✓ Fck de 25 MPa
✓ Fct de 4 MPa
✓ Abatimento de 20 mm
✓ Taxa de água de infiltração no concreto de 0,30 cm/s
4 CRONOGRAMA
O presente trabalho segue um cronograma pré-definido para o andamento da pesquisa, como mostra na Tabela 6.
Tabela 6-Cronograma do projeto de pesquisa.
ETAPAS
2020/1 2020/2
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Fase de decisão do tema X
Levantamento de
referencial X X
Definição da Metodologia X
Escrita e organização do
trabalho X X
Defesa do projeto de
pesquisa X
Ensaios laboratoriais X X X
Coleta de matérias e
secagem X
Análise granulométrica X
Pesagem, confecção do
concreto, slump test X
Moldagem e cura X
Verificação da taxa de
infiltração X
Verificação da resistência
mecânica a compressão X X
Levantamento de dados
bibliográficos X X
Análise das informações X X X
Considerações finais e
conclusão. X
Defesa da Monografia X
5 ORÇAMENTO
Os valores previstos no orçamento serão custeados pelo pesquisador e serão considerados nas despesas com os materiais a serem utilizados nos traços de concreto permeável.
Tabela 7- Orçamento do projeto de pesquisa.
Materiais Valor
Total (R$)
Cimento 25,00
Brita 0 50,00
Brita 1 50,00
TOTAL 125,00
REFERÊNCIAS
ALMEIDA, Luiz Carlos de. Concreto. Notas de aula. Universidade Estadual de Campinas. 2002. Disponível em:
http://www.fec.unicamp.br/~almeida/au405/Concreto.pdf. Acesso em 20 de mai de 2020.
ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 5738: Concreto – Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. 2015. 13 p.
______. NBR NM 248 – Agregados – Determinação da composição granulométrica, Rio de Janeiro, 2003.
______. NBR 5739: Concreto – Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. 2007. 13 p.
______. NBR NM 67: Concreto – Determinação pela consistência pelo abatimento do tronco de cone. 1998. 8 p.
______. NBR 16416: Pavimentos permeáveis de concreto. 2015.
______. NBR 9781: Peças de concreto para pavimentação – Especificação e métodos de ensaio. Rio de Janeiro, 2013
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