1.
Introdução
Atualmente, devido ao crescimento populacional, o
modelo de desenvolvimento urbano vigente vem acarretando em uma gradual impermeabilização
do solo, através do aumento das áreas construídas e, consequentemente, trazendo
impactos negativos ao sistema de drenagem pluvial e aos corpos hídricos. Estas
áreas construídas sejam elas edificações, calçadas ou ruas asfaltadas, dificultam
ou impedem o contato da água com o solo e sua consequente infiltração, além de
contribuírem para o aumento da vazão de escoamento das águas, sobrecarregando
os sistemas de drenagem pluvial urbana.
A ausência de áreas permeáveis também contribui de
forma significativa para o aumento dos picos de descarga pluvial nos corpos
hídricos, que, inevitavelmente, transbordam e causam danos. Uma área com
cobertura vegetal, 95% da água da chuva infiltra no solo, nas áreas urbanas
este percentual cai para 5%.
Tendo em vista que tais ocorrências são consequências
diretas da falta de planejamento do uso e ocupação dos solos, torna-se
necessário investir em opções que possam mitigar os impactos da urbanização,
como por exemplo, o emprego do pavimento de concreto permeável. A utilização
deste tipo de concreto em pavimentos reduz o escoamento de águas pluviais,
minimizando ou dispensando obras de micro drenagem local. Também traz
benefícios aos corpos hídricos, pois diminui as quantidades de contaminantes
nos cursos d’água e renova os lençóis freáticos. Pretende-se com isso, testar o
efeito do concreto permeável no uso em pavimentações urbanas,
Batezini, R ( 2013) estudando a granulometría para
concretos permeáveis, em misturas de 12,5 a 9,mm, de 9,5 a 6,3 e de 6,3 a 4,8
mm, concluiu que os resultados encontrados são satisfatórios e permite seu
emprego em pavimentos com tráfego leve, sendo esta, uma das hipóteses a ser
testada em laboratório
O concreto permeável, objeto deste estudo, por possuir
altos níveis de permeabilidade, pode capturar o fluxo inicial de chuva e
permitir que este se infiltré no solo, onde é filtrado e “tratado”, diminuindo
assim, os impactos causados pelas chuvas intensas (Tennis et al. 2004, apud ACI
2010) [1]. Este artigo pode apresentar, aos que o lerem, ideias para
implantação de sistemas permeáveis urbanos
2.
Concreto Permeável
O concreto permeável, ou poroso, é um tipo especial de
concreto composto de cimento Portland, agregado graúdo de tamanho uniforme e
água, podendo ou não conter pequenas quantidades de agregado miúdo. Essa
configuração gera elevados números de vazios entre os agregados, o que permite
que a água infiltre em uma velocidade muito mais elevada que em concretos
convencionais (ACI 522R-10) [2].
A ausência de finos (areia) neste tipo de concreto
deve-se ao fato do material afetar o sistema de condutividade dos poros. O
agregado miúdo adicionado pode aumentar a resistência à compressão e a
densidade, mas reduz de maneira proporcional a percolação de água através da
massa de concreto. Portanto, os agregados utilizados são geralmente de tamanho
único, variando sua granulometria entre 9,5 e 19 mm, o que mantem o
empacotamento dos agregados consideravelmente baixo a fim de obter-se um
suficiente número de poros abertos na matriz.
De acordo com a Rilemtechlett (2016) [3], as misturas
de concreto permeável para uso em pavimentação podem desenvolver resistências à
compressão no intervalo de 5 a 30 MPa. Ainda, conforme a ACI 522R-10[2], o
índice de vazios do concreto permeável varia entre 15 e 20 % e Bean et al.
(2007) [4] determinaram valores de condutividade hidráulica para o concreto
permeável variando entre 0,07cm/s e 0,77cm/s.
Como atingir adequada permeabilidade para controle de
enchentes é geralmente o principal objetivo de um sistema de concreto
permeável, compactar o concreto até atingir adequada resistência nem sempre é
uma opção, deve ser estabelecido um equilíbrio entre resistência e quantidade
de vazios (FERGUSON, 2005)[5].
3.
Materiais e Métodos
Foram estudadas 4 misturas com uma relação a/c 0,31 e
traço 1:4,5 (cimento: agregado britado) fixos, com a utilização de CP V-ARI RS,
analisando a interferência da dimensão dos agregados graúdos e da compactação
na resistência mecânica e permeabilidade do material. Para tanto, foram
elaborados traços com Brita 0, de 4,8 a 9,5 mm e Brita 1, de 9,5 a 19 mm,
individualmente, adotando combinbações na proporção de 50:50 e 70:30,
respectivamente.
Para a realização das análises laboratoriais foram
moldados 4 corpos de prova cilíndricos de 10cm x 20cm e 2 corpos de prova
prismáticos de 15cm x 15cm x 20cm, para cada mistura e método de compactação,
totalizando em 48 corpos de prova, 32 deles cilíndricos e 16 prismáticos.
3.1.
Caracterização dos
Materiais
Os agregados britados utilizados são de origem
basáltica provenientes da cidade de Santo Ângelo/RS, com a variação de
diâmetros entre 4,8 e 19 mm, envolvendo as britas 0 e 1. Também foi empregada
água potável advinda da Companhia Rio-grandense de Saneamento. O cimento
utilizado na pesquisa foi o CP V-ARI RS, de acordo com a NBR 16697[6].
A escolha deste tipo de cimento se justifica pelo fato
de este ser um elemento puro e fino, que desenvolve resistência rapidamente,
favorecendo assim a formação do aglomerado sem o preenchimento dos poros. Outro
benefício da rapidez na pega do concreto permeável é que, devido à elevada
superfície exposta, o mesmo pode perder a água da mistura muito rápido (HÖLTZ,
2011)[7]. Além disso, este tipo de cimento possui resistência a sulfatos mais
elevada.
3.2.
Dosagem
Visto que não há normativas para a dosagem de
concretos permeáveis, apenas recomendações de estudos anteriores, como ponto de
partida foi considerada a dosagem adotada no estudo de Batezini (2013).
Seguiu-se um traço com relação a/c 0,31 e com uma quantidade de 374 kg/m³ de
cimento, 1660 kg/m³ de agregado graúdo, 116 kg/m³ de água e 488 ml/m³ de
superplastificante. A Tabela 1 apresenta as misturas estudadas.
Tabela 1 – Apresentação da composição das
misturas estudadas e o respectivo método de compactação
|
MISTURA
|
CIMENTO
|
M
|
FATOR A/C
|
BRITA 0
|
BRITA1
|
COMPACTAÇÃO
|
|
1a
|
1
|
4,5
|
0,3
|
100%
|
0%
|
Mesa Vibratória
|
|
1b
|
1
|
4,5
|
0,3
|
100%
|
0%
|
Haste Metálica
|
|
2a
|
1
|
4,5
|
0,3
|
0%
|
100%
|
Mesa Vibratória
|
|
2b
|
1
|
4,5
|
0,3
|
0%
|
100%
|
Haste Metálica
|
|
3a
|
1
|
4,5
|
0,3
|
50%
|
50%
|
Mesa Vibratória
|
|
3b
|
1
|
4,5
|
0,3
|
50%
|
50%
|
Haste Metálica
|
|
4a
|
1
|
4,5
|
0,3
|
70%
|
30%
|
Mesa Vibratória
|
|
4b
|
1
|
4,5
|
0,3
|
70%
|
30%
|
Haste Metálica
|
3.3.
Moldagem dos corpos de
prova
Previamente a concretagem, todas as quantidades de
agregado graúdo utilizadas para a preparação das misturas foram peneiradas,
utilizando peneirador elétrico, a fim de obter-se uma granulometria mais
uniforme e dentro dos limites estabelecidos pela NBR 7211[8].
A compactação dos corpos de prova cilíndricos foi
realizada com a utilização da mesa vibratória por 10 segundos e com haste
metálica conforme descrito na tabela 1, obedecendo a NBR 5738[9] para
concretos convencionais, no caso dos corpos de prova cilíndricos. Já os corpos
de prova prismáticos foram compactados em 3 camadas de cerca de 150 golpes,
devido ao fato de ainda não haver normativas referentes a este procedimento
para concreto permeável.
A
Fig.1 representa os corpos de prova cilíndricos e prismáticos.
Fig. 1. Corpos de prova
moldados.
Passadas 24
horas da moldagem, os corpos de prova foram desmoldados, identificados e
levados à câmara úmida, com 95% de umidade e temperatura de 23±2 ºC, onde
permaneceram até a idade de rompimento de 28 dias.
3.4.
Ensaios
Do total de 32 corpos de prova cilíndricos, 2 de cada
mistura foram utilizados para os ensaios de índice de vazios e condutividade
hidráulica e para o ensaio de resistência à compressão foram utilizados todos
eles. Os 16 corpos de prova prismáticos foram ensaiados somente à resistência à
tração.
3.4.1.
Ensaio de Condutividade Hidráulica
O principal objetivo de qualquer sistema de concreto
permeável é atingir adequada porosidade para que a água possa facilmente passar
pelo sistema e ser direcionada para a sub-base e, a habilidade de absorção de
água pela massa é uma das propriedades mais importantes do concreto permeável e
está diretamente relacionada à porosidade e índice de vazios.
Como ainda não existe uma norma que padronize o ensaio
de condutividade hidráulica, o mesmo foi realizado conforme Neithalath et al
(2003)[10], com a utilização de um permeâmetro, ilustrado na Fig. 2, o qual foi
montado no Laboratório de Engenharia Civil da URI - Santo Ângelo.
Após seguir os procedimentos descritos na ACI
522R-10[2], aplicou-se uma coluna de água de 290 mm e registrado o tempo para
que essa água chegasse ao nível de 70 mm da superfície do corpo de prova,
repetindo o procedimento duas vezes para cada corpo de prova.
Fig. 2. Permeâmetro
utilizado no ensaio de Condutividade Hidráulica.
A partir das
leituras de tempo durante a realização do ensaio foi determinado o coeficiente
de permeabilidade de acordo com (1).
|
|
(1)
|
Onde:
K= Coeficiente de
Permeabilidade;
q= Quantidade de Água
medida na proveta (cm³);
L= Comprimento do corpo de
prova (cm);
A= Área do Corpo de Prova
(cm²);
h= Diferença de Altura
entre o Reservatório Superior e o Reservatório Inferior (cm);
t= Tempo de Escoamento.
3.4.2.
Determinação do Índice de
Vazios
O índice de vazios é a relação entre os volumes de
poros permeáveis e o volume total da mistura NBR 9778[11]. O valor do índice de
vazios afeta diretamente as características de resistência mecânica do material
no estado endurecido. Quando um material possui índices de vazios inferior a
15% é tido como de baixa porosidade, enquanto índices de vazios superiores a
30% são considerados de alta porosidade. Para se obter valores de resistência
mecânica favoráveis é recomendado utilizar um índice de vazios em torno de 20%
(BATEZINI, 2013,p. 31 apud. Tennis et al., 2004)[12].
Para a determinação do índice de vazios foi obtido o
peso seco e o peso submerso de cada amostra, utilizado (2).
|
|
(2)
|
Onde:
Vr: Índice de vazios;
W1: peso submerso (kg);
W2: peso seco (kg);
V: volume da amostra (m³);
ρw: massa específica
da água (kg/m³).
3.4.3.
Resistência à Compressão
Apesar dos resultados dos estudos, o conhecimento
técnico e científico do comportamento mecânico do concreto permeável não está
bem estabelecido, necessitando de abordagem mais profunda sobre o assunto. Na
Tabela 2 estão listados alguns traços com as respectivas resistências à
compressão encontradas na literatura.
Tabela 2 – Traços e suas respectivas resistências
conforme a literatura
|
Referências
|
Traço (cimento:agregado graúdo)
|
Fator a/c
|
Resistência à Compressão (28 dias)
|
|
Batezini (2013)
|
1:4
|
0,3
|
8,68 MPa
|
|
Castro (2015)
|
1:3,6
|
0,3
|
8,37MPa
|
|
Holtz (2011)
|
1:5
|
0,35
|
9,1MPa
|
|
Nguyen et al. (2013)
|
1:4,94
|
0,3
|
15MPa
|
|
Bassuoni & Sonebi (2010)
|
1:3,8 - 1:3,4
|
0,28-0,40
|
15MPa-35MPa
|
|
Kervern et al. (2009)
|
1:8,4 - 1:4,8
|
0,24-0,30
|
8MPa- 26MPa
|
O ensaio de resistência
à compressão foi realizado segundo as determinações da norma NBR 5739[13], aos
28 dias de idade do concreto. Para a realização do ensaio foi utilizada uma
prensa hidráulica, com capacidade máxima de 2000 kN, calibrada anualmente. A
Fig.3 ilustra a realização deste ensaio.
3.4.4.
Resistência à Tração na
Flexão
Autores como Batezini (2013) [12]e Castro (2015)[14],
encontraram em seus estudos de resistência à flexão respectivamente, 2,52 MPa
para um traço de 1:4 (cimento: agregado graúdo) e a/c 0,3, e 1,13MPa para um
traço de 1:3,6 (cimento: agregado graúdo) e a/c= 0,3.
O Manual de Pavimentos de Concreto, da ABCP[15],
aconselha um valor característico de resistência a tração na flexão de 4,5 MPa,
para um concreto com características globais e comportamento conveniente. O
estudo desta propriedade é de suma importância, visto que os resultados dos
ensaios de resistência à tração são utilizados para adequação, ou não, do
concreto à utilização do mesmo em pavimentação para tráfego de veículos
pesados.
O ensaio de resistência à tração na flexão foi
realizado segundo a norma NBR 12142[16]. A Fig.4 ilustra o referido ensaio e o
momento de rompimento do corpo de prova na prensa.
|
|
|
|
Fig. 3. Ensaio de Resistência
à Compressão.
|
Fig. 4. Realização do ensaio
de Resistência à Tração na Flexão.
|
4.
Resultados
A figura 5 apresenta os gráficos com os resultados dos
ensaios de propriedades.
Fig. 5. Gráficos de
Resultados dos ensaios.
4.1.
Condutividade Hidráulica
Através da análise da Fig.5 pode-se observar que a
mistura que apresentou maior permeabilidade foi a 3b, composta por 50% Brita 0
e 50% Brita 1 e adensada com a utilização da haste metálica. Este resultado se
justifica pelo fato de que esta proporção de agregados dificulta o
empacotamento entre as partículas, favorecendo a percolação de água, devido à
interligação entre seus poros.
Outro ponto que pode ser observado é que, na maioria
das misturas, o adensamento utilizando a haste metálica proporcionou um maior
coeficiente de permeabilidade ao concreto. Isto se deve ao fato de este ser um
método de compactação de menor intensidade o que permite um maior número de
vazios no material, em relação à mesa vibratória.
4.2.
Índice de Vazios
Observando-se a Fig. 5, expõe-se que as misturas que
obtiveram maiores índices de vazios foram a 2b e 3b, ambas compactadas com o
auxílio de haste metálica. A mistura 2b, composta puramente de Brita 1, obteve
este resultado debido suas partículas serem de maior dimensão, fato que
desfavorece o acondicionamento, gerando assim, um número mais elevado de
vazios. E a mistura 3b, composta de 50% Brita 0 e 50% Brita 1, apresentou o
maior valor de condutividade hidráulica, pois também contém grande quantidade
de brita 1.
Verifica-se que, assim como nos resultados do ensaio
de condutividade hidráulica, as misturas compactadas com a utilização da haste
metálica apresentam um maior número de vazios no material. Percebe-se também
que essas duas variáveis são diretamente proporcionais, pois um índice de
vazios maior proporciona melhores resultados de condutividade hidráulica.
4.3.
Resistência à Compressão
Verificando-se a Fig. 5, pode-se perceber que, para
todas as misturas, a compactação com a utilização da mesa vibratória por 10
segundos proporcionou uma resistência à compressão mais elevada, devido ao
reduzido número de vazios que este tipo de adensamento condiciona ao concreto.
Ainda, observa-se que a mistura que apresentou melhor
desempenho foi a 4a, formada de 70% Brita 0 e 30% Brita 1, seguida da 1a,
composta por puramente Brita 0. Já a mistura 3b, formada de 50% Brita 0 e 50%
Brita 1, que apresentou maior índice de vazios e permeabilidade foi a que
apresentou o pior resultado quando analisada quanto a resistência à compressão.
Pode-se então perceber que composições com agregados de menores dimensões
obtiveram melhor desempenho em relação à resistência à compressão. A mistura 4a
obteve um melhor empacotamento das partículas e, consequentemente, uma elevada
resistência mecánica.
4.4.
Resistência à Tração na
Flexão
Através da observação da Fig. 5, verifica-se que no
geral as misturas (b) compactadas com haste metálica obtiveram melhores
resultados, o que não se manteve para as composições 4a e 4b, 70% brita 0 e 30%
brita 1, em que a mistura compactada em mesa vibratória obteve resultado
superior.
4.5.
Análise geral dos
Resultados
A Tabela 3 apresenta um resumo geral do desempenho das
misturas, em relação a todas as propriedades analisadas.
Tabela 3 – Apresentação geral dos resultados
|
MISTURA
|
ÍNDICE DE VAZIOS (%)
|
COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE(K) (cm/s)
|
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (MPa)
|
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO (MPa)
|
|
1a
|
26,05
|
0,36
|
13,24
|
4,09
|
|
1b
|
27,54
|
0,34
|
4,73
|
4,49
|
|
2a
|
30,72
|
0,45
|
11,92
|
2,72
|
|
2b
|
35,46
|
0,54
|
5,50
|
3,26
|
|
3a
|
30,62
|
0,47
|
9,16
|
3,90
|
|
3b
|
35,43
|
0,69
|
3,80
|
4,45
|
|
4a
|
12,36
|
0,18
|
16,96
|
4,90
|
|
4b
|
18,03
|
0,27
|
7,52
|
3,86
|
Mediante a análise dos
resultados pode-se observar que os traços com maior quantidade de Brita 0 (1a e
4a) obtiveram melhores desempenhos quando avaliados em relação a resistência à
compressão e resistência à tração.
5.
Conclusões
Conforme os resultados apresentados acima, pode-se
concluir que a mistura que obteve melhor desempenho em relação às propriedades
de resistência mecânica foi a composta de 70% Brita 0 e 30% Brita 1, adensada
na mesa vibratória (4a). Tal mistura apresentou coeficiente de permeabilidade e
índice de vazios reduzidos (valor mínimo dentre os resultados para tais
propriedades), todavia dentro dos limites indicados por outros pesquisadores,
como Bean et al. (2007)[4]. Observa-se também, que a resistência à tração dessa
mistura se enquadra nos parâmetros de estabelecidos pela ABCP[17] para
utilização em pavimentos de concreto, visto que esta aconselha utilizar um
valor mínimo de 4,5 MPa para esta propriedade.
A dimensão do agregado é um fator decisivo para o
desempenho do concreto permeável, sendo que, pode se estabelecer uma relação
inversamente proporcional entre esta e a resistência mecânica: na medida em que
a dimensão do agregado aumenta, a resistência mecânica diminui. Além disso,
misturas compostas por quantidades significativas de agregados de dimensões
maiores apresentaram melhores valores para condutividade hidráulica e índice de
vazios.
Ao contrário do esperado, quando analisado o tipo de
compactação, houve uma discrepância entre os resultados de resistência à
compressão e à tração, para um mesmo tipo de compactação. Isso se deve ao fato
de não haver normas que padronizem a moldagem e adensamento dos corpos de prova
de concreto permeável.
Ainda em relação à compactação, é importante ressaltar
que os corpos de prova moldados com haste metálica obtiveram melhores
resultados de índice de vazios e permeabilidade, porém, seus valores de
resistência mecânica foram comprometidos. Já os corpos de prova adensados em
mesa vibratória, obtiveram resultados superiores de resistência mecânica e
foram prejudicados nas suas propriedades hidráulicas. Isso comprova que existe
uma relação inversamente proporcional entre a permeabilidade e a resistência
mecânica do concreto permeável.
Referências
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Irrigation anf Drainage Engineering, Vol. 133, No. 3, June, 2007.
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Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro, 2015.
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Quiet and Durable Porous Portland Cement Concrete Paving Materials. Final
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Concretos Permeáveis como Revestimento de Pavimentos para Áreas de Veículos
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Politécnica da Universidade de São Paulo.
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de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de
Janeiro, 2010.
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Portland: ABCP – Manual de Dimensionamento dos Pavimentos de Concreto, São
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[16]
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Determinação da resistência à tração na flexão de corpos de prova
prismáticos. Rio de Janeiro, 2010.
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