DANIELA DOLOVITSCH DE OLIVEIRA
ANÁLISE DO DESEMPENHO MECÂNICO EM CONCRETOS
PERMEÁVEIS COM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO AGREGADO
GRAÚDO POR RESÍDUO DA CONSTRUÇÃO CIVIL
Ijuí 2017
ANÁLISE DO DESEMPENHO MECÂNICO EM CONCRETOS
PERMEÁVEIS COM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO AGREGADO
GRAÚDO POR RESÍDUO DA CONSTRUÇÃO CIVIL
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador (a): Lucas Fernando Krug
Ijuí 2017
ANÁLISE DO DESEMPENHO MECÂNICO EM CONCRETOS
PERMEÁVEIS COM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO AGREGADO
GRAÚDO POR RESÍDUO DA CONSTRUÇÃO CIVIL
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.
Ijuí, 14 de julho de 2017
Prof. Lucas Fernando Krug Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos - UNISINOS - Orientador Prof. Lia Geovana Sala Coordenadora do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ
BANCA EXAMINADORA Prof. Eder Claro Pedrozo (UNIJUÍ) Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria – UFSM Prof. Lucas Fernando Krug Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos - UNISINOS
Dedico este trabalho em especial à minha mãe, Maidete, por todo incentivo, apoio e confiança.
Primeiro, agradeço a Deus pois Ele é minha força e amparo. Em segundo, quero agradecer à minha mãe, pois, desde sempre, ela nunca mediu esforços para que eu pudesse realizar meus sonhos e em muitos momentos, ao longo da graduação, quando senti frustrações e dificuldades, ela sempre me ajudou a ser forte e não desistir. Devo quem sou hoje a ela.
Quero agradecer à minha família, especialmente minha irmã, Fabiana, minha avó, Hildegart e meu avô Geraldo, pelo amor incondicional e por sempre estarem ao meu lado.
Ao meu namorado, Jonathan, meu amor e meu melhor amigo, obrigada pelo amor, dedicação e pela paciência, principalmente nesses últimos meses da graduação. Obrigada por sempre estar comigo me apoiando e me incentivando.
Agradeço também aos meus colegas do grupo de pesquisa, Diego, Felipe, Thainá e Gabriela, pela grande ajuda na realização dos ensaios. Muito obrigada.
Agradeço também ao Igor, auxiliar do laboratório, que me salvou mais de uma vez durante a realização dos ensaios, sempre que precisei, ele sempre esteve disposto a me ajudar. Sua ajuda foi fundamental, muito obrigada. E também ao Luiz, laboratorista, que em todo o tempo em que estive no laboratório, tanto durante a época de bolsista, quanto durante a execução dos ensaios do TCC, sempre me socorreu. Muito obrigada pela paciência e pelo amparo.
Ao meu querido orientador, professor Lucas Krug, agradeço imensamente pela ajuda na orientação deste trabalho, por ter me conduzido sabiamente na escolha pelo tema, pelo incentivo na pesquisa e por sempre estar presente durante o desenvolver deste estudo.
Agradeço também a todos os mestres do curso de Engenharia Civil da UNIJUÍ por compartilharem seus conhecimentos, tanto técnicos e científicos quanto experiências da vida profissional. Obrigada.
Agradeço aos meus amigos, que souberam entender minha ausência devido à graduação, e sempre estiveram comigo, me apoiando e me dando força. Aos amigos que fiz durante a graduação, agradeço em especial à Luciana Cardoso, ao Renan Fracaro e ao Felipe Kirschner, que se tornaram
Por fim, agradeço à empresa RESICON por ter disponibilizado seu material reciclado de construção civil para aplicação nesta e em tantas outras pesquisas realizadas no Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ.
Procure ser uma pessoa de valor, em vez de procurar ser uma pessoa de sucesso. O sucesso é consequência.
OLIVEIRA, D. D. Análise do desempenho mecânico em concretos permeáveis com substituição parcial do agregado graúdo por resíduo da construção civil. 2017. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2017.
Dois problemas atuais da sociedade ocasionados devido à crescente urbanização são os resíduos originados da construção civil e a impermeabilização dos solos nas cidades. Os resíduos precisam de destinação adequada devido à suas características poluidoras e uma destinação alternativa é a reutilização na própria indústria da construção civil, que possui benefícios que promovem a sustentabilidade do setor, além de diminuir custos na aquisição de materiais de construção e reduzir a extração de matéria-prima. Por sua vez, a impermeabilização do solo das cidades ocasiona enchentes e alagamentos em épocas de chuvas, trazendo além de perdas materiais para a população, também doenças de veiculação hídrica. Para buscar contornar esta problemática, vem sendo estudado há alguns anos o concreto permeável para uso em pavimentação. Esse tipo de pavimento permite que a água infiltre ao longo do solo, diminuindo a quantidade de água que escoa para o sistema canalizado de drenagem, reduzindo as possibilidades deste sistema sobrecarregar. Esta pesquisa tem como objetivo estudar o concreto permeável confeccionado com resíduos da construção civil, unindo assim as duas problemáticas citadas. Foram analisadas amostras de concreto permeável com 10, 20 e 30% de substituição dos agregados graúdos naturais, por agregados reciclados de concreto, quanto ao comportamento mecânico de resistência à compressão simples, à tração por compressão diametral, à tração na flexão, à infiltração e ao desgaste por abrasão. O comportamento obtido nas amostras ensaiadas foi semelhante aos resultados encontrados na bibliografia pesquisada, com exceção do ensaio de desgaste por abrasão, onde a bibliografia cita que o agregado reciclado por ser mais poroso do que o natural, apresentaria um desgaste superior, porém, o mesmo apresentou valores de desgaste menores com o uso do agregado reciclado. No restante dos ensaios, de maneira geral pode-se concluir que quanto maior a quantidade de resíduo, menor a resistência e maior a permeabilidade do concreto permeável. Salienta-se que o concreto permeável deve possuir um comportamento em que a resistência seja suficiente para aguentar a carga exigida e a permeabilidade suficiente para escoar todo o fluxo de água precipitado.
Figura 1: Concreto permeável ... 31
Figura 2: Detalhamento das camadas do pavimento permeável de concreto com dreno .. 34
Figura 3: Demonstração do fluxo de água do pavimento permeável de concreto com dreno ... 34
Figura 4: Verificação do teor de água no concreto permeável ... 47
Figura 5: Formas de geração do RCD ... 50
Figura 6: Composição média dos RCC no Brasil ... 51
Figura 7: RCD misto na granulometria de pedrisco ... 52
Figura 8: RCD de concreto na granulometria pó de pedra ... 53
Figura 9: Lado esquerdo: RCD misto; Lado direito: RCD de concreto ... 53
Figura 10: Delineamento da pesquisa ... 55
Figura 11: Brita 0 natural ... 57
Figura 12: Pedrisco RCD de concreto ... 57
Figura 13: Concreto permeável sendo misturado em betoneira ... 61
Figura 14: Compactação dos corpos de prova ... 62
Figura 15: Corpos de prova cilíndricos 10x20cm e placas 34x15x5cm logo após a moldagem ... 62
Figura 16: Corpos de prova ensacados ... 63
Figura 17: Equipamento de ruptura dos corpos de prova ... 64
Figura 18: Corpos de prova sendo capeados e capeados ... 65
Figura 19: Corpo de prova sendo rompido à compressão aos 28 dias ... 65
Figura 20: Esquema de ensaio de tração por compressão diametral ... 66
Figura 21: Corpo de prova sendo rompido à tração por compressão diametral aos 28 dias ... 67
Figura 22: Corpo de prova sendo rompido à tração na flexão aos 28 dias ... 68
Figura 23: Moinho de bolas LEC-UNIJUÍ ... 69
Figura 24: Preparação do ensaio de desgaste por abrasão ... 70
Figura 25: Realização do ensaio de taxa de infiltração na placa de concreto permeável .. 71
Tabela 1: Nomenclatura dos tipos de cimentos existentes no Brasil ... 27
Tabela 2: Peneiras das séries normal e intermediária (abertura nominal) ... 29
Tabela 3: Resultados de resistência à flexão nas placas de concreto permeável por Lamb (2014) ... 41
Tabela 4: Taxas de infiltração nas placas de concreto permeável convencional por Lamb (2014) ... 42
Tabela 5: Traços utilizados por Lamb (2014) ... 44
Tabela 6: Traços utilizados por Alves (2016) ... 45
Tabela 7 - Caracterização do cimento CP V – ARI - Estrutura (Lote 28.01.17) ... 56
Tabela 8: Resultado do ensaio de resistência à compressão axial simples ... 73
Tabela 9: Resultado do ensaio de resistência à tração por compressão diametral ... 76
Tabela 10: Resultado do ensaio de resistência à tração na flexão ... 78
Tabela 11: Resultado do ensaio de desgaste por abrasão ... 80
Tabela 12: Resultado final do ensaio de desgaste por abrasão ... 81
Gráfico 1: Relação entre percentuais de substituição e permeabilidade de Alves (2016) ..43
Gráfico 2: Gráfico do resultado da resistência à compressão ...74
Gráfico 3: Gráfico do resultado da resistência à tração por compressão diametral ...76
Gráfico 4: Gráfico do resultado da resistência à tração na flexão ...79
Gráfico 5: Gráfico do resultado do desgaste por abrasão ...81
Gráfico 6: Gráfico do resultado da taxa de infiltração ...83
Equação 1: Cálculo da resistência à compressão...64
Equação 2: Cálculo da resistência à tração por compressão diametral...66
Equação 4: Cálculo do desgaste...70
Quadro 1: Dosagem para o concreto permeável...44
Quadro 2: Sequência da mistura de Alves (2016)...46
Quadro 3: Caracterização do agregado natural e do agregado reciclado...58
Quadro 4: Programa experimental...59
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland ACI American Concrete Institute
ASTM American Society for Testing and Materials ARC Agregado Reciclado de Concreto
ARM Agregado Reciclado Misto NBR Norma Brasileira
a.C. antes de Cristo a/c água/cimento
cm/s Centímetro por segundo
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
CP Cimento Portland
kgf Quilograma-força kg/m Quilograma por metro
LEC Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ MPa Mega Pascal
RCC Resíduo da Construção Civil
1.1 CONTEXTO ... 19 1.2 PROBLEMA ... 21 1.2.1 Questão de Pesquisa ... 21 1.2.2 Objetivos de Pesquisa ... 21 1.2.3 Delimitação ... 22 2 REVISÃO DA LITERATURA ... 23 2.1 HISTÓRIA DO CONCRETO ... 23
2.2 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND ... 25
2.2.1 Cimento Portland ... 25
2.2.2 Agregados ... 27
2.2.3 Água ... 30
2.3 CONCRETO PERMEÁVEL ... 30
2.3.1 História do Concreto Permeável ... 31
2.3.2 Composição do Concreto Permeável ... 32
2.3.3 Pavimento de Concreto Permeável ... 33
2.4 PROPRIEDADES DO CONCRETO PERMEÁVEL ... 35
2.4.1 Resistência à compressão ... 38
2.4.2 Resistência à tração e flexão ... 40
2.4.3 Permeabilidade ... 42
2.4.4 Desgaste por abrasão ... 43
2.5 DOSAGEM DO CONCRETO PERMEÁVEL ... 44
2.5.1 Mistura ... 46
2.5.2 Consistência ... 47
2.5.3 Cura do concreto ... 47
2.6 RESÍDUOS DA CONSTRUÇÃO CIVIL ... 48
3 METODOLOGIA DE PESQUISA ... 54
3.3.1 Cimento ... 56
3.3.2 Agregados ... 56
3.4 ENSAIOS LABORATORIAIS ... 58
3.4.1 Dosagem e Mistura ... 59
3.4.2 Moldagem dos corpos de prova ... 61
3.4.3 Resistência à compressão axial simples ... 63
3.4.4 Resistência à tração por compressão diametral ... 66
3.4.5 Resistência à tração na flexão ... 67
3.4.6 Desgaste ... 68
3.4.7 Taxa de Infiltração ... 70
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 73
4.1 ENSAIO DE RESISTÊNCIA MECÂNICA À COMPRESSÃO AXIAL SIMPLES ... 73
4.2 ENSAIO DE RESISTÊNCIA MECÂNICA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL ... 75
4.3 ENSAIO DE RESISTÊNCIA MECÂNICA À TRAÇÃO NA FLEXÃO ... 77
4.4 ENSAIO DE DESGASTE POR ABRASÃO ... 80
4.5 ENSAIO DE TAXA DE INFILTRAÇÃO DE ÁGUA ... 82
4.6 SÍNTESE DOS ENSAIOS ... 84
4.7 ANÁLISE TÁTIL VISUAL DO CONCRETO NO ESTADO FRESCO ... 86
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 88
1 INTRODUÇÃO
Segundo Tucci (2003), inundações urbanas são ocorrências tão antigas quanto as cidades ou qualquer aglomerado urbano. Esses eventos podem ocorrer devido ao comportamento natural dos rios ou pelas alterações do homem no ambiente através da impermeabilização das superfícies e canalização de rios.
Normalmente a população que vive em regiões mais baixas ou beiras de rios e córregos é quem mais sofre com esse tipo de problema. As inundações frequentes acabam por trazer muitos danos para a população, além de perigos, como proliferação de doenças. (ACIOLI, 2005)
Há diversas maneiras de contornar essas situações, porém todas demandam de recursos financeiros e alterações construtivas. Reconstruir todo ou parte do sistema de drenagem existente de uma cidade, acaba por ser inviável, tanto pela questão financeira quanto pelas demolições, reformas e construções que trariam um grande transtorno para a população.
Tucci em BRASIL (2005) afirma: “É ingenuidade do homem imaginar que poderá controlar totalmente as inundações. ” Isso porque as medidas de controle sempre visam minimizar as consequências, até mesmo as que são estruturais.
Uma medida de controle que vem sendo bastante difundida nos últimos anos é tornar o pavimento que atualmente é impermeável, permeável, com pavimentos que permitam o escoamento da água por entre suas peças ou componentes. Dessa forma, fazendo com que a água da chuva infiltre no solo localmente, fazendo funcionar o ciclo hidrológico novamente, sem os desvios e afunilamentos do sistema canalizado de drenagem. Dentro dos tipos de pavimentos permeáveis, muito tem-se falado do concreto permeável, inclusive, de acordo com Sandoval (2014), países da Europa e dos Estados Unidos estão incentivando pesquisas relacionadas ao concreto poroso devido às suas características que permitem que a água pluvial escoe pelo interior da sua estrutura, o que garante uma drenagem adequada durante precipitações.
Além da problemática acima citada, outra situação a ser abordada é a sustentabilidade na construção civil. A construção civil é a área que mais consome matéria-prima no planeta e, também,
______________________________________________________________________________ a que mais polui. A quantidade de entulho gerado chega a ser de, aproximadamente, 500 quilos por habitante ao ano, resultando em 3,5 milhões de toneladas por ano. (OLIVEIRA, 2009).
Além da enorme quantidade de entulho gerado, a matéria-prima utilizada na construção envolve procedimentos desde a extração até a fabricação dos materiais e processos construtivos que causam importante impacto ambiental. Concomitante a isso, a dificuldade de encontrar agregados naturais de boa qualidade nos centros urbanos, aliada às distâncias entre a fonte do material com o local da construção, tem elevado o custo do agregado natural, tanto de brita quanto de areia, para uso nas construções. (BIDONE, 2001).
Sendo assim, reutilizar os resíduos da construção civil pode trazer muitas vantagens, podendo-se destacar, ambientalmente, devido à redução do entulho e a redução da extração de matéria-prima natural e, financeiramente, devido à diminuição de gastos com a compra de materiais naturais e a utilização de materiais reciclados, que possuem preço mais acessível e maior disponibilidade.
Em suma, o concreto permeável é uma solução para reduzir problemas decorrentes da grande impermeabilização do solo das cidades, enchentes e alagamentos, e a construção civil por sua vez, gera muito resíduo que precisa ser descartado adequadamente devido a suas características poluidoras. Neste Trabalho de Conclusão de Curso, pensou-se em unir o benefício que o concreto permeável traz para as cidades com a sustentabilidade que a reciclagem proporciona. Sendo assim, o objetivo da pesquisa é analisar o comportamento do concreto permeável produzido com agregados reciclados da construção e demolição (RCD) e compará-los em diferentes amostras. 1.1 CONTEXTO
Com o crescente aumento da urbanização, devido às edificações, ruas e calçadas construídas com materiais impermeáveis, ocorreu uma gradual impermeabilização do solo nas cidades alterando o ciclo natural da água. Essa água que antes infiltrava em vários pontos no solo, agora escoa superficialmente sobre a pavimentação e pela rede pública de drenagem até os corpos hídricos de coleta, sobrecarregando-os. Essa sobrecarga ocorre devido ao seguinte cenário: antes, a água da chuva infiltrava no solo e chegava até os rios ou córregos lentamente e o pouco restante escoava superficialmente, agora, quase nada infiltra e muito escoa, e, além disso, o tempo para que
a vazão dessa água deságue nos corpos hídricos é bem menor, dessa forma transbordando o sistema de drenagem urbano ou os rios e córregos. (HÖLTZ, 2011).
A situação atual das cidades quanto ao sistema de drenagem urbana por condutos subterrâneos é preocupante. Além do aumento do escoamento superficial, que causa enchentes nas áreas mais baixas da cidade, o modelo existente de drenagem se resume em principalmente canalizar os córregos que passam na cidade e levá-los, juntamente com a água coletada na superfície (chuva) o mais longe possível. Ou seja, não é uma solução, é apenas uma realocação, o problema é passado adiante.
Essa canalização dos rios, principalmente quando há a transformação do canal em um conduto fechado, muitas vezes, são uma fachada, por parte das administrações municipais, que cobrem os canais para esconder a geração de esgoto doméstico e de resíduos sólidos. (HÖLTZ, 2011). Isso é um grande problema, pois no momento que esse canal estiver obstruído por tanto esgoto e resíduo sólido, a água já não vai conseguir passar e ele vai transbordar. No momento em que isso acontecer, não vai apenas trazer água para a superfície, vai trazer água contaminada (esgoto) que segundo Tucci (2006), trazem para a população grande risco de proliferação de doenças, como por exemplo, a leptospirose.
Dentro da problemática de resíduos sólidos, temos os RCD. Atualmente, segundo Souza et al (2004), a cadeia produtiva da construção civil gera uma quantidade considerável de RCD, que são depositados em encostas de rios, vias e logradouros públicos, criando locais irregulares de deposição. Esses resíduos comprometem não somente a paisagem urbana, mas causam problemas até na qualidade de vida da população, dificultam o tráfego e a drenagem urbana, além de propiciarem a proliferação de escorpiões, aranhas, roedores, mosquitos e também atraírem o depósito de materiais não inertes, dessa forma afetando a saúde da população (PINTO, 1999). Além disso, desperdiçar materiais significa desperdiçar recursos naturais, o que coloca a indústria da construção civil no centro das discussões acerca do desenvolvimento sustentável.
Além da geração dos resíduos, a extração da matéria prima é constante, sendo assim, a problemática também se concentra na preocupação com a perspectiva da provável escassez dos recursos naturais.
______________________________________________________________________________ 1.2 PROBLEMA
Em vista da preocupação cada vez maior com o desenvolvimento sustentável e com a preservação da qualidade ambiental, aliviar os impactos provocados pela ação do homem se torna uma prioridade. É cada vez mais necessário buscar soluções inovadoras que proporcionem equilibrar o uso de recursos naturais com o crescimento urbano e reduzir a agressão ao meio ambiente. (HÖLTZ, 2011).
Neste contexto, os resíduos classe A (CONAMA, 2002), podem ser utilizados na confecção de agregados reciclados para serem reinseridos na cadeia produtiva da construção civil. De acordo com Pinto (1994) as grandes vantagens da reciclagem são o aumento da vida útil das jazidas de matéria-prima, que estão cada vez mais escassas, e a possibilidade de produção de materiais de construção com baixo custo.
A mistura de concreto permeável não tem restrição quanto a escolha do tipo de cimento e nem de qual agregado graúdo será empregado na composição. Sendo assim, estudar a influência do emprego de agregados reciclados no desempenho de concretos permeáveis é fundamental. (CHOPRA et al., 2007).
1.2.1 Questão de Pesquisa
É possível utilizar agregado reciclado de resíduo da construção e demolição (RCD) como substituto do agregado graúdo no concreto permeável sem influenciar desfavoravelmente suas propriedades mecânicas e hidráulicas?
1.2.2 Objetivos de Pesquisa ▪ Objetivo Geral
Análise do desempenho mecânico de concretos permeáveis produzidos com substituição parcial de agregado natural por agregado reciclado de concreto.
▪ Objetivos específicos
Verificar a resistência mecânica, a compressão, tração e flexão de concretos permeáveis produzidos com substituição parcial de agregado natural por agregado reciclado.
Verificar o comportamento frente ao desgaste de concretos permeáveis produzidos com substituição parcial de agregado natural por agregado reciclado.
Verificar o comportamento hidráulico quanto à infiltração de concretos permeáveis produzidos com substituição parcial de agregado natural por agregado reciclado.
1.2.3 Delimitação
Análise das propriedades do concreto permeável com substituição parcial do agregado graúdo natural por agregados reciclados de resíduo da construção e demolição (RCD).
______________________________________________________________________________
2 REVISÃO DA LITERATURA
Neste capítulo de revisão bibliográfica os assuntos serão abordados de forma a traçar um histórico desde o surgimento do concreto convencional até o concreto permeável, suas propriedades e a utilização de resíduos da construção e demolição (RCD).
2.1 HISTÓRIA DO CONCRETO
O concreto é o material construtivo mais utilizado pelo homem, principalmente pelo fato de suas características serem extremamente versáteis, podendo ser moldado em diferentes formas e tamanhos. Pode-se dizer que o concreto é uma pedra artificial que pode ser moldada de acordo com a criatividade humana. O material depois de endurecido possui resistência semelhante às rochas naturais e no estado fresco é uma mistura plástica. (PEDROSO, 2009).
Helene e Andrade (2010) afirmam: “O concreto de cimento Portland é o mais importante material estrutural e de construção civil da atualidade. ” Os autores ainda citam que devido ao seu uso massivo no séc. XX, o concreto se tornou o material mais consumido pelo homem, perdendo apenas para a água e novamente afirmam, o concreto de cimento Portland revolucionou a arte de projetar e de construir estruturas.
No século III a.C. Roma era a cidade-estado da Europa e os romanos antigos eram um povo de mentalidade aberta e receptiva, onde eles iam e conquistavam, buscavam formas de se adaptar às necessidades, melhorando e evoluindo suas tecnologias de acordo com o que achavam ser útil. Roma chegou a ter uma população de mais de um milhão de habitantes e cada cidade que eles conquistavam também precisavam de soluções construtivas para abastecer à elite romana ou servir como núcleo administrativo, sendo assim, eles buscavam novas variedades e tipos de materiais para construir as cidades. (CARVALHO, 2008)
Os romanos já utilizavam a cal como aglomerante desde 600 a.C., mas foi a descoberta do Opus Caementicium, cujo componente principal era a cinza pozolânica que misturado à argamassa de cal produzia um material semelhante ao cimento atual, que alavancou a engenharia romana e possibilitou criar um novo material de construção. (CARVALHO, 2008)
Esse concreto romano, obviamente é diferente dos concretos atuais, devido às tecnologias e avanços desde aquela época, mas ele pode ser comparado à argamassa concreto atual. Mesmo assim, o desenvolvimento tecnológico do concreto romano foi memorável. Eles desenvolveram com o uso de agregados leves na construção da cobertura do Pantheon, e em algumas obras utilizaram reforço de barras metálicas, porém este apresentou muitos problemas de fissuras, pois as barras que eles utilizavam eram de bronze, visto que desconheciam as propriedades térmicas de cada material. (CARVALHO, 2008)
Desde os romanos até o concreto que conhecemos atualmente, houve muitas modificações e aperfeiçoamentos. O concreto atual trata-se de uma mistura de Cimento Portland com agregados miúdos e graúdos, que são a areia e a pedra brita, e água.
Em 1824 Joseph Aspdin obteve a Patente para aperfeiçoar o método de produção e deu-lhe o nome de Cimento Portland pela semelhança com uma famosa pedra calcária branco-prateada existente na península de Portland no Condado de Dorset. Possuindo a patente, ele associou-se a William Beverly e juntos montaram uma fábrica em 1824, a Aspdin & Beverly Patent Portland Cement Manufacturers. (CARVALHO, 2008)
O cimento Portland de Aspdin era obtido de calcário e argila queimados, moídos e misturados. Porém, apesar do mesmo nome, o cimento conhecido hoje não é o mesmo material fabricado por Aspdin. O cimento moderno é resultado da queima de uma mistura de rocha calcária e argila moídas, que resultam em um material chamado clínquer. Na época de Aspdin, os fornos ainda não eram potentes o suficiente para produzir o clínquer, e devido a isso o uso do concreto na década de 30 dos anos 1800 foi baixa. Seu desenvolvimento ganhou força a partir da segunda metade do séc. XIX, na Alemanha, devido aos avanços na fabricação de fornos, que aumentaram a homogeneidade do clínquer e de estudos sobre a mistura para obtenção de um clínquer mais resistente. (PEDROSO, 2009)
No Brasil, a fabricação do cimento Portland iniciou em 1888 com a instalação de uma usina em Sorocaba-SP por Antônio Proost Rodovalho e em 1924 a Companhia Brasileira de Cimento Portland instalou uma fábrica em Perus-SP, sendo tal construção considerada o marco da instauração da indústria brasileira de cimento. (CARVALHO, 2008)
______________________________________________________________________________ 2.2 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND
Inês Battagin, superintendente do CB-18 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) define que “o concreto é uma mistura homogênea de cimento, agregados miúdos e graúdos, com ou sem a incorporação de componentes minoritários (aditivos químicos e adições), que desenvolve suas propriedades pelo endurecimento da pasta de cimento”. (PEDROSO, 2009)
Basicamente, existem dois tipos de cimento. Há os que não endurecem sob ação da água e após endurecidos, dissolvem-se vagarosamente debaixo da água e os cimentos que são usados na fabricação do concreto, que são os que solidificam-se e resistem à ação da água. Estes são chamados de cimento hidráulico. (PEDROSO, 2009)
Eladio G. R. Petrucci (1998) define:
O concreto hidráulico é um material de construção constituído por mistura de um aglomerante com um ou mais materiais inertes e água. Quando recém-misturado, deve oferecer condições tais de plasticidade que facilitem as operações de manuseio indispensáveis ao lançamento nas formas, adquirindo com o tempo, pelas reações que então se processarem entre aglomerante e água, coesão e resistência. (PETRUCCI, 1998, p. 1)
2.2.1 Cimento Portland
O cimento Portland é um material pulverulento, composto de silicatos e aluminatos de cálcio. Esses materiais ao serem misturados com água, hidratam-se e causam o endurecimento da pasta. (PETRUCCI, 1998)
A NBR 5732 (1991) define o cimento Portland comum como um aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clínquer Portland ao qual se adiciona a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem é permitido acrescentar à mistura materiais pozolânicos, escórias granuladas de alto-forno e/ou materiais carbonáticos, nos teores especificados.
Pode-se resumir que o cimento Portland então é composto de clínquer e adições. O clínquer é o principal componente e as adições variam de acordo com os tipos de cimento e a matéria-prima é o calcário e a argila. O clínquer é o responsável pela hidratação e endurecimento do cimento. Ele
desenvolve uma reação química na presença de água, na qual ele primeiramente torna-se pastoso e em seguida endurece, adquirindo elevada resistência e durabilidade. (ABCP, 2002)
No Brasil existem variados tipos de cimento Portland, eles são diferentes entre si principalmente pelas suas composições, que dão a cada um uma peculiaridade e usos diferentes. Os mais empregados na construção civil de acordo com a ABCP (2002) são: cimento Portland comum, cimento Portland composto, cimento Portland de alto-forno e cimento Portland pozolânico.
Além desses, em menor escala são consumidos: cimento Portland de alta resistência inicial, cimento Portland resistente aos sulfatos, cimento Portland branco, cimento Portland de baixo calor de hidratação, cimento para poços petrolíferos. (ABCP, 2002).
Na Tabela 1, são apresentados os tipos e classificação dos cimentos Portland existentes no Brasil.
______________________________________________________________________________
Tabela 1: Nomenclatura dos tipos de cimentos existentes no Brasil
Nome técnico Sigla Classe Identificação do tipo e classe
Cimento Portland comum (NBR 5732)
Cimento Porland comum CP I
25 32 40 CP I - 25 CP I - 32 CP I - 40 Cimento Portland comum
com adição CP I-S 25 32 40 CP I-S - 25 CP I-S - 32 CP I-S - 40 Cimento Portland compost (NBR 11578) Cimento Portland
compost com escória CP II-E 25 32 40 CP II-E - 25 CP II-E - 32 CP II-E - 40 Cimento Portland
compost com pozolana CP II-Z 25 32 40 CP II-Z - 25 CP II-Z - 32 CP II-Z - 40 Cimento Portland
compost com filer
CP II -F 25 32 40 CP II-F - 25 CP II-F - 32 CP II-F - 40 Cimento Portland de alto-forno (NBR 5735) CP III
25 32 40 CP III - 25 CP III - 32 CP III - 40 Cimento Portland pozolânico (NBR 5736) CP IV 25
32
CP IV - 25 CP IV - 32 Cimento Portland de alta resistência inicial (NBR
5733)
CP
V-ARI - CP V-ARI
Cimento Portland resistente aos sulfatos (NBR 5737) -
25 32 40
Sigla e classe dos tipos originais acrescidos do sufixo RS Cimento Portland de baixo calor de hidratação (NBR
13116) -
25 32 40
Sigla e classe dos tipos originais acrescidos do sufixo BC
Cimento Portland branco (NBR 12989)
Cimento Portland branco
estrutural CPB 25 32 40 CPB - 25 CPB - 32 CPB - 40 Cimento Portland branco
não estrutural CPB - CPB
Cimento para poços petrolíferos (NBR 9831) CPP G CPP – classe G Fonte: Adaptado de ABCP (2002)
2.2.2 Agregados
Cita Petrucci (1998): “Entente-se por agregado o material granular, sem forma e volume definidos, geralmente inerte, de dimensões e propriedades adequadas para uso em obras de engenharia. ” A NBR 9935 (2011) denomina agregado como um material granular, que é geralmente inerte, possuindo dimensões e propriedades adequadas para a utilização em argamassa ou concreto. Ela também define os seguintes termos:
• Agregado natural: “material pétreo granular que pode ser utilizado tal e qual encontrado na natureza, podendo ser submetido à lavagem, classificação ou britagem”.
• Agregado artificial: “material granular resultante de processo industrial envolvendo alteração mineralógica, química ou físico-química da matéria-prima original, para uso como agregado em concreto ou argamassa. ”
• Agregado reciclado: “material granular obtido de processos de reciclagem de rejeitos ou subprodutos da produção industrial, mineração ou construção ou demolição da construção civil, incluindo agregados recuperados de concreto fresco por lavagem [...]” • Agregado reciclado de resíduos da construção civil: “material granular obtido de processo de beneficiamento de resíduos de construção ou demolição da construção civil, previamente triados e pertencentes à classe A segundo a ABNT NBR 15116. ” Sua classificação divide-se em agregado reciclado de concreto e agregado reciclado misto.
• Agregado reciclado de concreto (ARC): “[…] obtido por reciclagem de resíduos de concreto fresco ou endurecido, constituído na sua fração graúda (> 4,75 mm) de no mínimo 90% em massa de fragmentos à base de cimento Portland ou material pétreo com propriedades que atendam à ABNT NBR 15116”.
• Agregado reciclado misto (ARM): obtido da mesma forma que o agregado reciclado de concreto (ARC), porém, na sua fração graúda (> 4,75 mm), deve ser constituído por no máximo 90% em massa de fragmentos à base de cimento Portland ou material pétreo de acordo com ABNT NBR 15116.
O agregado ocupa cerca de 65% a 85% da massa do concreto. (SANTOS; MARTINS, 2010) Ele é classificado em agregado graúdo e agregado miúdo dependendo da sua granulometria, conforme Tabela 2.
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Tabela 2: Peneiras das séries normal e intermediária (abertura nominal)
Série normal Série intermediária
Ag reg ad o g raú d o 75 mm - - 63 mm - 50 mm 37,5 mm - - 31,5 mm - 25 mm 19 mm - - 12,5 mm 9,5 mm - - 6,3 mm Ag reg ad o m iú d o 4,75 mm - 2,36 mm - 1,18 mm - 600 µm - 300 µm - 150 µm - Fonte: Adaptado da NBR 7211 (2005)
A NBR 7211 (2005) define agregado miúdo como agregados cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 4,75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 150 µm. Por sua vez, a NBR 7225 (1993) trata como agregado miúdo o “Pedregulho fino, pedrisco grosso, médio e fino e areia grossa, média e fina, de dimensões nominais entre 4,8 mm e 0,075 mm.” (ABNT, 1993).
A NBR 7225 (1993) define que agregado graúdo é “Pedra britada ou brita ou pedregulho muito grosso, grosso e médio, de dimensões nominais entre 100,0 mm e 4,8 mm”. Por sua vez, a NBR 7211 (2005) diz que o agregado graúdo é aquele que cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha 75 mm e ficam retidos na malha de 4,75 mm.
Com relação ao tamanho dos grãos, de acordo com Santos e Martins (2010) e Bastos (2006), o agregado graúdo é classificado em:
• Brita 1 – 9,5 a 19,0 mm • Brita – 19,0 a 25,0 mm • Brita 3 – 25,0 a 38,0 mm • Brita 4 – 38,0 a 64,0 mm • Pedra de mão – 76,0 a 250 mm • Matacão – maior que 250 mm
As britas são os agregados graúdos mais utilizados no Brasil, sendo seu uso superior a 50% do consumo total de agregado graúdo nos concretos (MEHTA & MONTEIRO, 1994). Bastos (2006) comenta que antigamente era muito comum o uso de britas 1 e 2 na confecção de um mesmo concreto, entretanto, hoje no Brasil, a grande maioria dos concretos feitos para obras convencionais utiliza apenas a brita 1 em sua composição.
Farias e Palmeira (2010) enfatizam a importância do agregado na composição do concreto: “As propriedades do concreto dependem da massa específica aparente, da porosidade, da composição granulométrica, da forma e da textura dos agregados. ”
2.2.3 Água
A água é fundamental na composição do concreto pois possibilita as reações químicas do cimento, as reações de hidratação, que garantirão a resistência e durabilidade do concreto. Ela possui também a função de lubrificar os demais componentes para proporcionar a trabalhabilidade do concreto. A água indicada para a confecção é a água potável. (BASTOS, 2006).
2.3 CONCRETO PERMEÁVEL
O concreto permeável é uma variedade de concreto com alto índice de vazios interligados, preparado com pouca ou nenhuma quantidade de agregado miúdo, o que permite a passagem da água através da sua estrutura. (POLASTRE; SANTOS, 2006). Na Figura 1 pode-se visualizar o comportamento de uma placa de concreto permeável em contato com a água. Pode-se observar que a água ao ser despejada sobre o mesmo, atravessa a sua estrutura.
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Figura 1: Concreto permeável
Fonte: Archiproducts (2016)
2.3.1 História do Concreto Permeável
O uso do concreto permeável teve início na Europa. No século XIX o concreto permeável era utilizado para várias aplicações, tais como muros divisórios, painéis pré-fabricados e pavimentação. No Reino Unido, em 1852, duas casas foram construídas utilizando o concreto permeável, a principal razão para o seu uso era a vantagem dos custos em virtude da menor quantidade de cimento empregada em comparação ao concreto convencional. (CHOPRA et al., 2007)
A partir de 1923 o concreto permeável ressurgiu como um material viável de construção civil. Desta vez, limitou-se a construção de casas de dois andares em áreas como Escócia, Liverpool, Londres e Manchester. Após a Segunda Guerra Mundial, o uso do concreto permeável aumentou fortemente devido à escassez de cimento na época, inclusive tem-se a impressão de que ele foi o melhor material daquele período. Nos Estados Unidos da América (EUA), não houve escassez de cimento como na Europa, por isso, ele não teve uma presença significativa como teve no Reino Unido até 1970. Porém, o problema encontrado nos Estados Unidos era devido à grande urbanização e impermeabilização do solo das cidades, que ocasionavam inundações. E foi na pavimentação que o concreto permeável teve início e se espalhou rapidamente nos Estados Unidos. (CHOPRA et al., 2007)
Apesar dos registros do uso desse concreto, o emprego desse tipo de material com a função de permear o fluxo de água só começou a ganhar relevância a partir do início do séc. XXI. No final do ano 1990 e início de 2000, o concreto permeável novamente reapareceu, porém desta vez, como uma tecnologia de drenagem urbana, com a função de reter água na fonte, impedindo o seu fluxo para córregos e galerias e reduzindo inundações. (LAMB, 2014)
Baseado nesse histórico, pode-se constatar que a utilização de concretos permeáveis para fabricação de pavimentos drenantes é uma tecnologia relativamente nova, sendo assim, ainda existem certas lacunas sobre o seu comportamento. Desta forma, esse material ainda é pouco utilizado no Brasil, visto que nos EUA e na China o material já é mais comum. Apesar da larga utilização na Europa e na Austrália, especialmente nos últimos 60 anos, o seu uso como material de construção nas Américas, até o final do séc. XX, foi bastante limitado. (LAMB, 2014).
Em vista disso, ainda há pouca bibliografia sobre o tema no Brasil. Inclusive, ainda não existem normas brasileiras que abordem o controle de qualidade ou até mesmo a confecção do concreto permeável. (LAMB, 2014).
2.3.2 Composição do Concreto Permeável
A composição do concreto permeável é basicamente a mesma do concreto convencional, exceto pelo agregado miúdo, que é pouco ou nada utilizado. Segundo Batezini (2013), o concreto permeável é um material composto basicamente por ligante hidráulico, brita de graduação uniforme, água e pouco ou nenhum agregado miúdo. Adicionalmente, pode-se utilizar uma combinação de diferentes tipos de aditivos ou adições com a finalidade de atribuir ao concreto melhor desempenho, durabilidade, resistência e trabalhabilidade.
Os concretos permeáveis podem ser classificados pelo nível de resistência e de drenabilidade. Existem três tipos, o primeiro é chamado de concreto permeável hidráulico, ele possui baixa resistência mecânica e elevada permeabilidade, é utilizado para fins não estruturais. O segundo trata-se do concreto permeável normal que possui resistência e permeabilidade intermediárias, ele pode ser utilizado em estacionamentos e calçadas, na sua mistura não há agregado miúdo. O terceiro, por sua vez, é o concreto permeável estrutural, que possui alta resistência mecânica e baixa permeabilidade, ele conta com agregados miúdos em sua composição.
______________________________________________________________________________ Este tipo pode ser utilizado em estacionamentos, ruas e avenidas com tráfego de veículos pesados. (DELLATE; CLEARLY, 2006, apud BATEZINI, 2013).
2.3.3 Pavimento de Concreto Permeável
Pavimento permeável é uma estrutura que permite a passagem da água através das suas camadas. (BATEZINI, 2013). O conceito de concreto permeável confunde-se com o conceito de pavimento permeável, visto que ele, da mesma forma, é uma estrutura, por onde, através dos seus poros, permite que a água atravesse.
O pavimento permeável, de acordo com Tucci (2006), apresenta vantagens, são elas, redução do escoamento superficial, redução dos condutos de drenagem urbana, redução da lâmina de água dos estacionamentos e redução dos custos com o sistema de drenagem, porém, também apresenta algumas desvantagens, tais como, necessidade de manutenção devido à colmatação das peças, maior custo para a construção e contaminação dos aquíferos.
Uma opção para evitar principalmente a contaminação de aquíferos, é a construção do pavimento sobre algumas camadas drenantes e possuir um dreno para coleta da água, que conduziria essa água para algum ponto de destinação. A água quando captada pelo pavimento, pode ser conduzida para um reservatório e em seguida para algum ponto específico de captação, ou simplesmente ser absorvida no próprio local pelo subsolo. (BATEZINI, 2013). As Figuras 2 e 3 exemplificam o pavimento.
Figura 2: Detalhamento das camadas do pavimento permeável de concreto com dreno
Fonte: Rhinopisos (2016)
Figura 3: Demonstração do fluxo de água do pavimento permeável de concreto com dreno
Fonte: Rhinopisos (2016)
O pavimento de concreto permeável deve ser construído sobre base de pedra brita de granulometria descontínua. Essa base serve como reservatório enquanto as águas de precipitações infiltram pelo pavimento, podendo exigir cuidados especiais com drenagem no caso de o subleito possuir baixo coeficiente de permeabilidade. (BATEZINI, 2013).
______________________________________________________________________________ 2.4 PROPRIEDADES DO CONCRETO PERMEÁVEL
Normalmente o concreto permeável possui uma resistência menor do que a dos concretos convencionais, devido à sua elevada porosidade. Todavia, devido ao recente aumento do interesse e das pesquisas sobre esse material, já se tem o conhecimento de que ele pode apresentar bons desempenhos e durabilidade em revestimento de pavimentação em áreas de veículos leves, o que, juntamente com a sua capacidade drenante, auxilia na diminuição da impermeabilização do solo nas cidades. (LAMB, 2014).
O concreto permeável apresenta uma textura mais rugosa do que o concreto convencional, devido à utilização de pouco ou nenhum agregado miúdo na sua composição. Em vista disso, no uso para pavimentos, além da percolação de água por entre sua estrutura, ele também beneficia os usuários com relação à segurança da via, pois, em períodos de chuva, ele não apresenta água acumulada na sua superfície, sendo assim, não ocasiona o efeito spray na pista e nem há risco de aquaplanagem. (TENNIS et al., 2004).
Para que seja garantida a permeabilidade do concreto, ele deve possuir um alto índice de vazios interligados, com pouca ou nenhuma areia em sua composição, para permitir uma boa passagem da água por entre seus poros. (POLASTRE; SANTOS, 2006). Quando o material é dimensionado adequadamente, o seu grau de permeabilidade é suficiente para escoar todo o fluxo precipitado na maioria dos eventos de chuva. (HÖLTZ, 2011).
De acordo com Tennis et al. (2004), a massa específica aparente do concreto permeável, no estado fresco, varia entre 1.300 e 2.000 kg/m³. Esse valor varia em função da proporção relativa de cada material da mistura, além do procedimento de compactação utilizado. Por sua vez, Höltz (2011) cita que as densidades do concreto em geral encontram-se na ordem de 1600 kg/m³ a 2000 kg/m³ e os índices de vazios ficam entre 15 a 25%.
O índice de vazios afeta diretamente as características de resistência mecânica do material no estado endurecido. O concreto é considerado de baixa porosidade quando possui índice de vazios de 15%, enquanto que, um índice de vazios maior do que 30%, caracteriza um material altamente poroso. (LAMB, 2014). Para que sejam garantidas as boas características de resistência
e de permeabilidade, sugere-se que seja empregado o índice de vazios na ordem de 20%. (TENNIS et al., 2004).
Devido à não existência de normas brasileiras para a elaboração de ensaios afim de determinar as características e propriedades do concreto permeável, LAMB (2014) reuniu em sua dissertação de mestrado as principais normas americanas atualmente empregadas para esse tipo de material. A autora cita entre os especialistas mundiais no tema, a pesquisadora da Universidade de Washington, Profa. Liv Haselbach, integrante do Comitê da American Society for Testing and Materials (ASTM), que elabora as recomendações acerca do uso de concretos permeáveis. (LAMB, 2014). De acordo com Haselbach (2012, apud LAMB, 2014), as principais normas para caracterizar o material são:
• ASTM C1701/C1701M – 09 (ASTM, 2009): Standard test method for infiltration rate of in place pervious concrete, que trata do método de teste padrão para determinação da infiltração no concreto permeável;
• ASTM C1747/C1747M – 11 (ASTM, 2011): Standard test method for determining potential resistance to degradation of pervious concrete by impact and abrasion, que trata do método de teste padrão para determinação do potencial de resistência à degradação do concreto permeável por impacto e abrasão;
• ASTM C1688/C1688M – 12 (ASTM, 2012a): Standard test method for density and void content of freshly mixed pervious concrete, que trata do método de teste padrão para determinação da densidade e índice de vazios do concreto permeável no estado fresco;
• ASTM C1754/C1754M – 12 (ASTM, 2012b): Standard test method for density and void content of hardened pervious concrete, que trata do método de teste padrão para determinação da densidade e do índice de vazios do concreto permeável no estado endurecido.
Dellate et. al. (2009, apud BATEZINI, 2013) diz que a condutividade hidráulica característica do concreto permeável varia normalmente entre 0,1 e 0,9 cm/s, apesar de que este valor pode ser bem diferente dependendo da composição do concreto e da qualidade da sua fabricação.
______________________________________________________________________________ De acordo com Lamb (2014), as taxas de fluxo típicas do concreto permeável variam de 120l/m²/min (2 mm/s) a 320 l/m²/min (5,4 mm/s).
Para a avaliação das propriedades do concreto permeável no estado fresco, os procedimentos padrão na elaboração dos corpos de prova e controle de qualidade do concreto convencional não se aplicam para o concreto permeável. No Brasil, não existem métodos ou especificações para o estudo em laboratório desse material. (LAMB, 2014).
O ensaio para determinação da consistência do concreto no estado fresco utilizado em concretos convencionais é o “Slump Test”. Ele é normatizado pela NBR NM 67 de 1998. De acordo com a norma, esse método é referência para determinar a consistência do concreto fresco através da medida do seu assentamento (queda), em laboratório e em obra. O método é aplicável aos concretos plásticos e coesivos que apresentem assentamento igual ou superior a 10 mm e não se aplica a concretos cujo agregado graúdo apresente dimensão nominal máxima acima de 37,5 mm. (ABNT, 1998).
A mistura de concreto permeável é mais rígida do que a mistura de concreto tradicional. Devido à não utilização de areia em sua composição, a massa de concreto de brita e cimento não possui a trabalhabilidade que a massa convencional apresenta por isso, em ensaios de slump, geralmente o abatimento é menos do que ¾ polegadas, ou seja, 20 mm. Esses valores de queda, extremamente pequenos, inviabilizam a utilização do método como forma de avaliar o abatimento, pois não representam a mistura. Sendo assim, para a avaliação das características no estado fresco, os métodos mais utilizados são a massa unitária e o controle visual. A massa unitária das misturas permeáveis normalmente é cerca de 70% da massa unitária do concreto convencional. (TENNIS, et al., 2004).
A relação água/cimento (a/c) deve ficar entre 0,27 e 0,30, caso sejam utilizados aditivos, dependendo do uso, no máximo 0,40. A relação entre dureza e quantidade de água não é tão clara quanto em concretos convencionais (ACI, 2006).
Na maioria das vezes, o agregado miúdo é eliminado no concreto permeável. Podem-se utilizar agregados graúdos com diâmetros variando de 0,5 a 20 mm. (TENNIS et al., 2004)
O tempo total de ensaio com o concreto permeável não deve ultrapassar uma hora, devido ao processo de evaporação e cura do material. Caso sejam utilizados retardadores de pega, o tempo de trabalho pode se estender em até no máximo uma hora e meia. (TENNIS, et al., 2004).
Quanto à compactação do concreto permeável, o mesmo deve ser bem compactado para assegurar a resistência e integridade estrutural após a desforma, porém, não muito para que não seja comprometida a sua permeabilidade. (ACI, 2006).
Devido à sua estrutura porosa e área de contato maior do que do concreto convencional, o concreto permeável tem sua superfície de pasta de cimento mais exposta e suscetível a uma maior evaporação. Sendo assim, o processo de cura é de extrema importância. Em vista disso, é recomendado cobrir o material com uma lona plástica por no mínimo sete dias. (ACI, 2006).
Com relação à secagem e retração, o concreto permeável não é tão afetado quanto o concreto convencional (HÖLTZ, 2011).
2.4.1 Resistência à compressão
Pode-se dizer que a resistência de um material é a capacidade do mesmo resistir à tensão sem se romper. No concreto, a resistência trata-se da tensão máxima que uma amostra é capaz de suportar. Essa capacidade de resistir à determinada tensão não depende apenas do tipo de tensão aplicada, mas também da combinação de fatores como porosidade, componentes estruturais do concreto, o traço, o grau de compactação e as condições de cura. A relação entre a relação a/c e a porosidade é sem dúvida, o fator mais importante. (MEHTA; MONTEIRO, 2008)
De acordo com Neville (1997), a resistência normalmente dá a indicação da qualidade do concreto. E é considerada a propriedade fundamental do concreto, embora, em muitos casos, a durabilidade e a impermeabilidade possam ser mais importantes.
As resistências mecânicas de compressão que o concreto permeável pode apresentar estão entre 3,5 MPa e 28 MPa, porém, os valores típicos encontram-se na faixa de 25 MPa. (POLASTRE; SANTOS, 2006).
De acordo com Tennis et al. (2004), os ensaios de resistência com moldes cilíndricos convencionais possuem pouco valor, pois a consolidação de campo do concreto permeável é difícil
______________________________________________________________________________ de reproduzir em corpos de prova cilíndricos, sendo mais recomendável a utilização de moldes retangulares, que simulam um pavimento.
Vidal (2014) realizou o ensaio com corpos de prova cilíndricos de 10x20 cm e em sua pesquisa obteve, tanto para a substituição de 50%, como a de 100% de agregado reciclável, resistência à compressão em torno de 26% menor do que a mistura de concreto com agregado natural de brita 1.
Topçu e Günçan (1995) apud Vidal (2014), substituíram teores de 0, 30, 50, 70 e 100% de agregados naturais por reciclados de concreto e encontraram reduções nos valores de resistência em torno de 80%. Tanto menor era a resistência do concreto reciclado, quanto maior o teor de substituição do agregado.
Alves (2016) realizou sua pesquisa com substituições de 5, 10 e 15% em relação à massa do cimento. Não foram utilizados aditivos em suas misturas. Quanto maior a porcentagem de substituição, maior a porosidade e menor a resistência mecânica do concreto. A autora obteve resistências à compressão com valores entre 9,1 e 16,6 MPa e concluiu que valores acima de 15% de substituição resultam em perdas significativas na resistência à compressão, e isso poderia inviabilizar o uso como pavimento urbano.
Por sua vez, Vidal (2014) substituiu 100% dos agregados graúdos naturais por agregados reciclados de RCD e os seus resultados tanto de resistência à compressão, tração, flexão e módulo de elasticidade, que foram os ensaios que o autor realizou no estado endurecido, foram mais baixos, porém bem próximos, do que o concreto referência (com agregados naturais). Para compressão, o concreto referência alcançou 10,72 MPa e a média dos concretos com agregados reciclados foi de 7,88 MPa. Para a tração, o concreto com substituição obteve uma média de 1,78 MPa e o concreto referência obteve 1,63 MPa. Na flexão, uma das amostras foi superior ao concreto referência, obtendo 2,44 MPa em comparação à 2,40 MPa do referência. Também não foram utilizados aditivos em suas misturas.
A fim de comparação, é importante perceber que Vidal (2014) utilizou agregados reciclados onde ele mesmo realizou a britagem de blocos de concreto e de peças cerâmicas, sendo assim, o controle de qualidade desse agregado é superior, pois houve seleção minuciosa do material,
somente resíduo de bloco de concreto e de peças cerâmicas foi utilizado. O autor britou peças de concreto e peças de cerâmica nas dimensões da brita 1. Já na pesquisa de Alves (2016), foi utilizado RCD oriundo de usina de britagem, assim como será utilizado nesta pesquisa. Sendo assim, o material apesar de passar por separação na usina, não possui tanto controle, e pode haver algum resíduo de outros tipos de material, que acabam por diminuir as resistências desse agregado.
Como nesta pesquisa será utilizado resíduo oriundo de usina de britagem, as porcentagens escolhidas para realização das amostras, foram porcentagens mais próximas das porcentagens da pesquisa de Alves (2016). Sendo assim, as porcentagens que serão analisadas serão 10, 20 e 30% de substituição do material natural.
2.4.2 Resistência à tração e flexão
A resistência à tração geralmente é tratada como uma característica secundária, devido ao conhecimento de que o concreto não é um material que possui boa resistência aos esforços de tração em estruturas. (LEITE, 2001).
Machado Jr. et al. (1998) e Bazuco (1999) apud Leite (2001) afirmam que não há influência da utilização de agregado graúdo reciclado na resistência à tração em concretos. Os autores ainda mencionam que os concretos com agregados reciclados seguem as mesmas relações teóricas entre resistência à tração e compressão do que concretos convencionais da mesma classe. Entretanto, Bazuco (1999) apud Leite (2001) menciona que quanto o agregado miúdo reciclado é utilizado conjuntamente com o graúdo, tais propriedades apresentam uma redução em torno de 10 a 20%.
Vidal (2014) a partir de suas pesquisas bibliográficas em sua dissertação, concluiu que tanto a resistência à compressão quanto à tração em concretos reciclados não obedece a um comportamento uniforme. Porém, ele levanta algumas hipóteses, como a resistência à tração que leva em consideração mecanismos de aderência entre suas partículas. Sendo assim, o autor cita Leite (2001) que diz que a aderência entre a matriz de concreto e a superfície dos grãos ocorre mais facilmente em materiais cuja forma é mais irregular e de textura mais rugosa, devido ao aumento da área superficial de contato e ao maior entrelaçamento dos componentes com os poros do material.
______________________________________________________________________________ A resistência à flexão no concreto permeável é uma propriedade importante a ser avaliada, pois o concreto permeável possui aplicação prática principalmente para pavimentos, sendo assim, os esforços de flexão serão os mais exigidos para a avaliação da possível utilização do material.
Batezini (2013) faz uma reflexão acerca das resistências mecânicas em concretos permeáveis, o autor expõe:
A resistência mecânica, principalmente de tração na flexão, e as propriedades elásticas são características importantes para o comportamento estrutural do concreto permeável para uso como revestimento de pavimentos, sendo influenciadas por muitos fatores, com atenção especial ao índice de vazios da mistura. Porém, nas pesquisas disponíveis sobre o assunto é escassa a existência de resultados de ensaios de módulo de elasticidade e de resistência à tração na flexão uma vez que, em função das características irregulares normalmente observadas nos corpos de prova de concreto permeável, torna-se difícil a execução destes tipos de ensaios em laboratório. Dessa maneira, são mais comuns estudos de desempenho e comportamento referentes a resistência à compressão e às condições de permeabilidade das misturas. (BATEZINI, 2013, p. 38)
Com relação às resistências à compressão e à tração na flexão, Batezini (2013) conclui: “quanto maior o volume de vazios, menor será a resistência mecânica”.
Lamb (2014) em sua dissertação de mestrado sobre concreto permeável convencional, realizou a confecção de placas de tamanho 40 cm x 100 cm x 7 cm, essas dimensões foram estabelecidas baseado no Caderno de Encargos do Departamento de Esgotos Pluviais (PORTO ALEGRE, 2005). A autora obteve no ensaio de flexão os seguintes resultados, conforme segue Tabela 3.
Tabela 3: Resultados de resistência à flexão nas placas de concreto permeável por Lamb (2014)
Elemento Traço (1:m) γ (kg/m³) P (kN) Grelha de concreto convencional 1:5 - 8,4
Placa de concreto permeável
1:3 2.034,64 18,2
1:3,5 1.849,29 11,6
1:4 1.942,86 15,2
2.4.3 Permeabilidade
Leite (2001) afirma: “A durabilidade de concretos, sejam eles convencionais ou não, está diretamente relacionada com a permeabilidade do concreto, entre outras propriedades”.
De acordo com estudos realizados por Quebaud et al. (1999) apud Leite (2001), onde os autores realizaram substituições das frações miúda e graúda do concreto convencional e mediram a permeabilidade dos concretos à água, ao ar e de superfície. Os autores concluíram que os concretos com agregados reciclados apresentaram permeabilidade 2 a 3 vezes maior do que o concreto convencional. Isso se deve ao fato dos agregados reciclados serem mais porosos aumentando a relação a/c do concreto. A permeabilidade ao ar foi de 2 a 5 vezes maior, assim como a de superfície também foi superior aos concretos convencionais.
Lamb (2014) realizou ensaios de taxa de infiltração no concreto permeável convencional, sem substituição por agregados reciclados. Os resultados obtidos no ensaio de taxa de infiltração são expostos na Tabela 4 (I = taxa de infiltração). A autora realizou o ensaio em placas de concreto permeável para três diferentes traços, para as superfícies superior (topo) e inferior (fundo) pelos lado 1 e lado 2.
Tabela 4: Taxas de infiltração nas placas de concreto permeável convencional por Lamb (2014)
Traço (1:m) Identificação Tempo de pré-lavagem (s) M (kg) T (s) I (mm/h)
1:3 1 7,23 18,00 31,10 28.481,78 2 7,87 18,00 36,20 24.500,63 Fundo 1 6,04 18,00 28,89 30.699,99 Fundo 2 5,94 18,00 28,12 31.540,64 1:3,5 1 3,10 18,00 18,09 73.353,96 2 3,40 18,00 13,37 66.302,07 Fundo 1 4,00 18,00 13,62 65.109,58 Fundo 2 3,60 18,00 12,29 72.148,60 1:4 1 5,10 18,00 31,10 28.610,41 2 5,20 18,00 18,08 49.273,48 Fundo 1 6,10 18,00 21,29 41.651,30 Fundo 2 4,20 18,00 20,10 44.125,51
______________________________________________________________________________ De acordo com Tennis et al. (2004), os valores do coeficiente de permeabilidade dependem do material utilizado, porém os valores típicos variam de 0,2 cm/s até 1,2 cm/s.
Alves (2016) em sua pesquisa, obteve no ensaio de permeabilidade, os valores conforme Gráfico 1, onde relaciona a permeabilidade do concreto permeável com as percentagens de substituição do agregado natural por reciclado.
Gráfico 1: Relação entre percentuais de substituição e permeabilidade de Alves (2016)
Fonte: Adaptado de Alves (2016)
2.4.4 Desgaste por abrasão
O ensaio de perda por abrasão dos agregados apresenta um indicativo da qualidade do material utilizado na fabricação do concreto. Esse ensaio também proporciona a determinação da resistência à fragmentação por choque e atrito das partículas do agregado graúdo. (LEITE, 2001).
Leite (2001) cita que os agregados reciclados apresentam menor resistência ao impacto e menor resistência ao desgaste por abrasão em comparação aos agregados naturais. Hansen (1992) apud Leite (2001) menciona que o tipo de concreto que deu origem ao agregado reciclado possui íntima relação com os valores de abrasão obtidos. Ou seja, quanto mais resistente o concreto original, menor a relação a/c e menor será o valor de perda por abrasão.
A NBR 6465 (1984) considera inadequado para uso em concretos os agregados que apresentam índices de perda por abrasão superiores a 50% em massa.
0,0131 0,0138 0,0175 0,0183 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0 5 10 15 Perm eab ili d ad e (m /s ) Substituição (%) Substituição X Permeabilidade
2.5 DOSAGEM DO CONCRETO PERMEÁVEL
As dosagens do concreto permeável ainda consistem de um método empírico. (ALVES, 2016). De acordo com Tennis et al. (2004), as dosagens típicas do concreto permeável utilizam como base o exposto no Quadro 1.
Quadro 1: Dosagem para o concreto permeável
Materiais Consumo/Proporção (kg/m³)
Cimento 270 – 415
Agregado graúdo 1190 – 1480
Relação água/cimento (em massa) 0,27 – 0,34 Relação cimento/agregado (em massa) 1:4 – 1:4,5 Relação agregado miúdo/graúdo (em massa) 0 – 1:1
Fonte: Adaptado de Tennis et al. (2004)
Lamb (2014) em sua pesquisa, baseou-se no ACI 522R-06 (ACI, 2006) para definir a relação a/c de 0,25 e três traços: 1:3, 1:3,5 e 1:4 em massa, com brita 0 (zero). O Apêndice 6 do ACI 211.3R-02 (ACI, 2002) sugere que o agregado a ser utilizado no concreto permeável deva ter diâmetro máximo entre 2,4 mm e 9,5 mm, sendo que a fração mais fina dos agregados não deve ser utilizada. A autora obteve concreto com massa específica de 1.700 kg/m³ e volume de vazios em torno de 20% (Tabela 5).
Tabela 5: Traços utilizados por Lamb (2014)
Relação 1:m Relação a/c Cimento (kg) Brita 0 (kg) Água (kg)
1:3 0,25 14,84 44,52 3,71
1:3,5 0,25 12,50 43,74 3,12
1:4 0,25 11,50 46,01 2,87
Fonte: Adaptado de Lamb (2014)
O tipo de cimento escolhido pela autora acima citada, foi o cimento CP V-ARI, por causa da rapidez em atingir elevadas resistências em um curto espeço de tempo ao reagir com a água. (LAMB, 2014). Com base nos resultados encontrados em sua pesquisa, Lamb (2014), concluiu que o traço 1:4 apresentou os melhores resultados, pois apesar do traço 1:3 apresentar maior resistência
______________________________________________________________________________ à flexão, ele apresentou a menor taxa de infiltração entre os três traços. A autora escolheu o traço 1:4 ao comparar os custos entre os três traços, tendo o traço 1:4 o menor custo.
Alves (2016) realizou sua pesquisa em concreto permeável com substituição do agregado graúdo por RCD. A autora elaborou suas amostras com o traço referencial de 1:3 em relação à massa de cimento seguidas das substituições neste traço e fator a/c 0,35. Na Tabela 6 são apresentados os traços utilizados.
Tabela 6: Traços utilizados por Alves (2016)
Materiais
% em relação à massa do cimento
Concreto referência Subst. 5% RCD Subst. 10% RCD Subst. 15% RCD
Água 0,35 0,35 0,35 0,35
Cimento 1 1 1 1
Areia 0 0 0 0
Brita 0 3 2,85 2,70 2,55
RCD 0 0,15 0,30 0,45
Fonte: Adaptado de Alves (2016)
Barzotto (2016), em seu Trabalho de Conclusão de Curso, que tratou de concreto permeável com agregados naturais, utilizou os traços 1:3 e 1:4. Para o traço 1:3 o autor obteve resistência média à compressão de 12,7 MPa e taxa de infiltração de 0,431 cm/s, já para o traço 1:4, obteve resistência média à compressão de 8,82 MPa e taxa de infiltração de 1,799 cm/s.
Höltz (2011), em sua pesquisa, analisou quatro diferentes traços, inicialmente 1:5, 1:7 e 1:9. Nessa primeira etapa o autor encontrou que o melhor traço foi o 1:5. Posteriormente ele adicionou mais um traço às pesquisas, 1:4, e então, as amostras deste, de modo geral, se mostraram as mais satisfatórias.
Vidal (2014) realizou sua pesquisa com um traço referência de 1:4, também em relação à massa de cimento e substituiu no primeiro traço de substituição, 100% do agregado natural por agregado de demolição, no segundo traço de substituição, 100% por agregado de construção e no terceiro traço de substituição, 50% por agregado de demolição e 50% por agregado de construção. Nas suas amostras, ele não manteve igual o consumo de água. O fator a/c para sua amostra referência foi de 0,37, para a amostra do primeiro traço de substituição o a/c foi de 0,39, para o
segundo traço de substituição foi de 0,48 e para o terceiro, 0,46. O autor obteve resistência à compressão da mistura com agregado natural (brita1) de 10,72 MPa e obteve uma média de 7,88 MPa para as amostras com substituição dos agregados naturais por reciclado.
Baseado nas pesquisas realizadas, de maneira geral, os resultados mais satisfatórios ponderando resistência, infiltração e custo, encontraram-se nas amostras cujo traço foi o 1:4 em massa.
Höltz (2011) ao realizar testes com diferentes fatores de a/c em sua pesquisa, concluiu que a melhor relação a/c foi de 0,30, pois na série de concretagens realizadas, o autor observou que quando a relação a/c era de 0,26 as misturas tendiam a ficar muito secas e facilmente desagregavam-se. Por outro lado, nos traços com relação a/c de 0,45, a pasta acabava escorrendo e entupindo os poros do concreto, comprometendo a sua permeabilidade.
2.5.1 Mistura
Na pesquisa de Alves (2016), a autora tomou como base a sequência de mistura de Vidal (2011) e de Batezini (2013). Sendo assim, a sua sequência de mistura é a apresentada no Quadro 2.
Quadro 2: Sequência da mistura de Alves (2016)
Item Sequência da mistura
1 Adição de todo agregado graúdo.
2 Adição do cimento. Misturar por 1 minuto. 3 Adição de 50% da água. Misturar por 1 minuto.
4 Adição dos 50% restantes de água. Misturar por 3 minutos. 5 Conferência visual do concreto permeável.
Fonte: Adaptado de Alves (2016)
A sequência apresentada no quadro 1 refere-se ao concreto referência, para os concretos com substituição de RCC, o RCC foi adicionado juntamente com o agregado graúdo, sendo que foram misturados por 1 minuto. Após, segue para a sequência da mesma forma que o concreto referência. (ALVES, 2016)
