UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO UFMT FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA CIVIL

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO UFMT FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA CIVIL

ESTUDO DE DOSAGEM DE CONCRETO POROSO APLICADO PAVIMENTAO

Roversi, D.1, Okajima, J. 2, Vogado, M.3, Costa, P. 4, Balabuch, T.5

1Universidade Federal de Mato Grosso, Graduando Engenharia Civil, email: dr_roversi@hotmail.com2Universidade Federal de Mato Grosso, Graduando Engenharia Civil, email: jessica_cba@terra.com.br3Universidade Federal de Mato Grosso, Graduando Engenharia Civil, email:moniquewesz@hotmail.com4Universidade Federal de Mato Grosso, Graduando Engenharia Civil, email:polyanapgcosta@hotmail.com5Universidade Federal de Mato Grosso, Graduando Engenharia Civil, email: titobalabuch@gmail.com

RESUMOEste artigo apresenta um estudo de traos para a anlise da resistncia compresso caracterstica e da permeabilidade de um concreto poroso que pode ser utilizado em locais onde o pavimento necessita de um sistema de drenagem mais eficiente que o convencional e em locais com solicitaes leves, objetivando-se alcanar melhores resultados no escoamento superficial. Os experimentos incluram testes de resistncia compresso com resultados entre 10 MPa e 16,6 MPa e de permeabilidade entre 0,009 cm/s e 0,542 cm/s. . Palavras chave: Concreto poroso, Traos de concreto, Resistncia compresso, Permeabilidade

ABSTRACTThis paper presents the study of mix designs for the analysis of compressive strength and the permeability of a porous concrete that can be used in places where the pavement needs a drainage system more efficient than the conventional one, and in places with light loads, with the objective of reaching better results in the runoff. The experiments included tests of compressive resistance with results ranging between 10 MPa and 16.6 MPa and permeability tests with hydraulic conductivity varying between 0.009 cm/s and 0.542 cm/s.Keywords: Porous concrete, Concrete mix designs, Compressive strength, Permeability1. INTRODUOConcreto poroso, tambm conhecido como concreto permevel, alm de ser um sistema estrutural, tambm pode ser considerado uma parte do sistema de drenagem. Isso se d porque esse tipo de concreto possui uma estrutura porosa que permite um menor escoamento superficial, de maneira que a gua permeie atravs dele e venha a ser depositada nas camadas inferiores do solo, podendo ser direcionada ao lenol fretico ou ao sistema convencional de drenagem.Os materiais necessrios para a preparao do concreto poroso como cimento, brita, areia e gua, iro variar conforme a resistncia e escoamento desejados, uma vez que para ter maior permeabilidade necessrio haver um grande volume de vazios. Portanto, pode-se notar que, quanto maior a resistncia desejada, menor ser o ndice de permeabilidade (MAZZONETTO 2011).

1.1 Vantagens e DesvantagensEm uma rodovia de concreto convencional, a chuva pode gerar um rpido aumento do escoamento superficial, e o volume de gua acumulado pode demandar o sistema de drenagem urbana da cidade. Por outro lado, com uma rodovia de concreto poroso, o escoamento superficial reduzido atravs da infiltrao das precipitaes, o que evita o efeito de aquaplanagem, o saturamento da rede de drenagem e, consequentemente, um possvel alagamento, sem que haja a necessidade da ocupao de reas adicionais da pavimentao. (MARCHIONI et al., 2011; MAZZONETTO, 2011). Uma vez que se pode aproveitar o prprio pavimento como um sistema de drenagem, possvel reduzir ou at mesmo eliminar o nmero de valas e bacias de reteno. Outra clara vantagem do concreto permevel o abastecimento de canais e, ainda, a reduo da poluio dos canais, j que a gua filtrada ao passar por ele.Embora o concreto poroso apresente maior ndice de permeabilidade em relao ao concreto convencional, ele normalmente possui menor resistncia, de maneira a restringir seu uso. Assim sendo, ele pode ser aplicado em lugares com solicitaes leves, como por exemplo: caladas, quadras poliesportivas, ptios, dentre outras aplicaes. Caso o local de aplicao no exija um alto valor de permeabilidade, pode-se aplicar o concreto permevel com um valor maior de resistncia, desde que o trfego no seja pesado, como por exemplo em estacionamentos e ciclovias.Outra vantagem obtida atravs do uso do concreto poroso a possibilidade de se conquistar a classificao LEED (US Green Building Council Leadership in Energy and Environmental Design). Isso possvel devido ao concreto permevel auxiliar na reduo do aquecimento terrestre, ser um material reciclvel e possibilidade de se utilizar materiais locais em seu preparo (POLASTRE et al., 2006).Na obteno do concreto poroso, necessrio que o teor de finos seja baixo ou nulo, o que o torna mais sensvel relao gua/cimento. Uma vez que o teor mencionado baixo, o volume de vazios e a rea de evaporao se tornam maiores. Neste contexto, faz-se necessrio um maior tempo de cura do concreto e um maior cuidado durante este processo, para que no se perca a gua de hidratao do cimento por evaporao (TENNIS, 2004). Outra desvantagem do alto teor de vazios o cuidado necessrio com a reteno de partculas slidas, o que provoca a necessidade de uma manuteno frequente para conservar os vazios desimpedidos. Outro aspecto a ser observado o tipo de solo sobre qual ser aplicado o concreto, pois alguns tipos demandam cuidado especfico, como a argila, por exemplo.Diante do que foi exposto, percebeu-se a importncia de um estudo voltado dosagem do concreto poroso, para anlise do seu comportamento quanto ao ndice de permeabilidade versus a resistncia compresso, a fim de aplic-lo pavimentao.

2. MetodologiaNesta seo sero relatados os mtodos desenvolvidos para testar propriedades mecnicas de alguns traos de concreto poroso.

2.1 Definio dos Traos e Confeco das AmostrasOs traos desenvolvidos para o presente estudo utilizaram materiais abundantes no estado de Mato Grosso. Entre eles encontram-se cimento CP32F, brita com distribuio granulomtrica uniforme, 9,5 mm de dimetro mximo e procedncia da Guia/ MT, e, quando aplicvel, areia proveniente do Rio Cuiab/ MT. Tambm foram adicionados mistura aditivo polimrico de alta resistncia (APAR) e aditivo modificador (AM). Os aditivos tm o objetivo de aumentar a resistncia, a plasticidade e a aderncia entre a argamassa e os agregados grados, aliviando o efeito da elevada taxa de vazios na mistura. As propores finais que foram adotadas esto sumarizadas na Tabela 1.Tabela 1: Traos do concreto porosoCONSUMO DE MATERIAIS

TraoCimentoAreiaBritaguaAPARAM

(kg/m)(kg/m)(kg/m)(kg/m)(ml/m)(ml/m)

13650115592,013909125

2350550144596,1010500

337401660123,413909125

A consistncia do concreto poroso, bastante caracterstica, pode ser observada na Figura 1.

Figura 1: Concreto poroso recm dosado

Os corpos de prova cilndricos a serem utilizados nos ensaios de compresso, mostrados na Figura 2(a), foram moldados de acordo com a norma NBR 5738: Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova (ABNT, 2002) com dimetro de 10 cm e altura de 20 cm. J as amostras relativas ao ensaio de permeabilidade foram executadas no formato de blocos quadrados de concreto com 25cm de lado e 5cm de altura, de modo a simular a geometria do pavimento, como pode ser visto na Erro! Fonte de referncia no encontrada.(b). (a) (b)Figura 2: Corpos de prova. Cilndricos (a),no formato de bloco (b)

2.2 Ensaios de CompressoOs ensaios de compresso foram realizados seguindo a norma NBR5739: Ensaio de compresso de corpos-de-prova cilndricos (ABNT, 2007). Os corpos de prova foram capeados antes de serem posicionados na mquina de compresso devidamente calibrada. Finalmente, os ensaios foram realizados e as resistncias a compresso foram determinadas de acordo com a carga de ruptura.

Figura 3: Corpo de prova cilndrico aps rompimento a compresso

2.3 Ensaios de PermeabilidadePara a realizao dos ensaios de permeabilidade, consultou-se a NBR 10786: Concreto endurecido - Determinao do coeficiente de permeabilidade gua (ABNT, 1989). A amostra foi posicionada numa 'grelha', ilustrada na Figura 4(a), e utilizou-se argila na vedao entre o corpo de prova e a parede do aparelho, como mostra a Figura 4(b).

(a) (b)Figura 4: (a) 'Grelha' utilizada no experimento(b) Amostra pronta para o ensaio aps vedao com argila

Para o experimento, foi utilizada uma vazo de gua que mantivesse a lmina d'gua acima da amostra com altura constante de 10 cm. O ensaio consistiu na coleta, em um recipiente graduado e durante um intervalo de tempo pr-estabelecido, do volume de gua que passava pelo concreto poroso.O coeficiente de permeabilidade foi calculado a partir da seguinte equao:

Em que,K = coeficiente de permeabilidade (cm/s);V = volume de gua coletada (cm3);L = altura do corpo de prova (cm);A = rea de infiltrao (cm2);h = carga total dissipada (cm);t = tempo (s).

3. Resultados

3.1 Resistncia compressoOs resultados dos ensaios de compresso aps 28 dias so apresentados na Tabela 2. Seis corpos de prova foram testados para cada trao, resultando em valores caractersticos num intervalo entre 10 MPa e 16,6 MPa.Tabela 2: Resultados dos ensaios a compressoTRAO 1TRAO 2TRAO 3

Corpo de ProvaResistnciaCorpo de ProvaResistnciaCorpo de ProvaResistncia

TonMPaTonMPaTonMPa

849049,512,18491317,922,8849239,412,0

849059,812,48491414,618,6849248,911,3

8490710,813,88491814,618,6849268,010,2

849089,011,58491915,119,3849288,611,0

849118,811,28492019,825,2849298,510,8

8491210,112,98492117,221,9849308,510,8

Mdia9,712,3Mdia16,521,0Mdia8,611,0

Desvio Padro0,7340,935Desvio Padro2,1072,684Desvio Padro0,4820,614

Coef. de Variao0,0760,076Coef. de Variao0,1280,128Coef. de Variao0,0560,071

Fck8,510,8Fck13,116,6Fck7,810,0

A Figura 5 resume esses resultados e proporciona uma comparao entre as diferentes dosagens.

Figura 5: Resumo das resistncias compresso

3.2 Coeficiente de permeabilidadeA Tabela 3 ilustra os resultados obtidos nos ensaios de permeabilidade. Para cada um dos traos, o ensaio foi repetido cinco vezes, resultando em valores entre 0,009 cm/s e 0,542 cm/s. O trao que apresentou o coeficiente de permeabilidade mais satisfatrio foi o de nmero 3. Um resumo destes resultados encontra-se na Figura 6: Resumo dos coeficientes de permeabilidade.Tabela 3: Resultados dos ensaios de permeabilidadeTRAO 1TRAO 2TRAO 3

Testet(s)V(cm) k(cm/s)Testet(s)V(cm) k(cm/s)Testet(s)V(cm) k(cm/s)

1532500,5201201900,0081530000,480

2529000,4642202200,0092533500,536

3532000,5123202350,0093536000,576

4533000,5284202400,0104534500,552

5533000,5285202450,0105535500,568

kmdio(cm/s)0,510kmdio(cm/s)0,009kmdio(cm/s)0,542

Figura 6: Resumo dos coeficientes de permeabilidade

4. Discusso

4.1 ResistnciaO concreto poroso utiliza os mesmos materiais que o concreto convencional, com as excees de que o agregado mido tipicamente eliminado ou limitado a pequenas fraes, e a distribuio granulomtrica do agregado grado mantida uniforme, permitindo menor empacotamento de partculas. Geralmente, quando o volume de vazios menor, a resistncia aumenta e a permeabilidade diminui. (NRMCA, 2011). A maior resistncia alcanada, correspondente ao trao 2 (Tabela 2), , entre outros fatores, devida presena de partculas finas que possibilitam o empacotamento (NRMCA, 2011), dando maior homogeneidade ao material e garantindo, assim, melhor distribuio dos esforos. Alm disso, tambm pode se atribuir a menor resistncia a baixa aderncia, o que demonstra que, apesar de contribuir com essa caracterstica, os aditivos no substituem completamente o agregado mido.A resistncia dos dois traos com zero teor de finos variou inversamente ao consumo de brita e a relao gua/cimento corroborando, assim, os argumentos j expostos.

4.2 PermeabilidadeOs resultados de coeficiente de permeabilidade apontaram valores que variam entre 0,009 cm/s e 0,542 cm/s. Os valores de referncia para pavimentos permeveis so baseados em uma analogia aos estudos de Terzagui, 1997 sobre permeabilidade dos solos (Tabela 4). Desta forma, valores aceitveis so os correspondentes alta permeabilidade, ou seja, superiores a 10-5 m/s. Portanto, todos os concretos em estudo se enquadram no conceito de pavimento permevel.Tabela 4: Valores tpicos de coeficiente depermeabilidade de solos (TERZAGUI, 1967)COEFICIENTE DE PERMEABILIDADEk (m/s)GRAU DE PERMEABILIDADE

> 10-3Alta

10-3 a 10-5Alta

10-5 a 10-7Baixa

10-7 a 10-9Muito baixa

< 10-9Praticamente Impermevel

O menor coeficiente de permeabilidade corresponde dosagem que possui agregado mido em sua composio. Isto ocorre porque a areia permite um maior empacotamento de partculas, diminuindo, portanto, o volume de vazios, o que dificulta a passagem de gua (NRMCA, 2011). Indo ao encontro do exposto anteriormente, o maior coeficiente de permeabilidade pertence ao trao que, alm de no possuir areia em sua composio, possui uma maior quantidade de brita, o que facilita a passagem de gua devido ao maior volume de vazios. De acordo com o Instituto Nacional de Meteorologia, na cidade de Cuiab/MT, a chuva mais intensa do ano de 2014 ocorreu no ms de maro, e corresponde a um total de aproximadamente 72 mm de precipitao em um dia (Figura 7). Supondo um cenrio crtico para a intensidade de precipitao, em que esta chuva teria ocorrido no perodo de apenas uma hora, a resultante da velocidade seria de aproximadamente 2x10-3 cm/s. O trao com desempenho menos satisfatrio em relao permeabilidade apresentou um coeficiente de 9x10-3 cm/s, ou seja, 4,5 vezes maior que o solicitado. Tal anlise sugere que todos os concretos aqui estudados seriam eficientes no que diz respeito infiltrao de gua na situao crtica citada.Vale ressaltar, no entanto, que neste artigo no foram considerados a resistncia do concreto abraso nem o entupimento dos poros, fatores que poderiam vir a diminuir a permeabilidade do concreto. Neste contexto, de suma importncia que o sistema de pavimentao tenha operao e manuteno adequados, de modo a no prejudicar o seu desempenho. (ACIOLI, 2005).

Figura 7: ndice pluviomtrico da cidade de Cuiab/MT no ano de 2014

4.3 Relao entre resistncia e permeabilidadeA relao resistncia/permeabilidade o fator que apontar as possveis aplicaes dos traos. Com base na Figura 8, pode-se observar a correlao entre as tendncias de coeficiente de permeabilidade e resistncia compresso. A tendncia linear apresentou um alto nvel de confiana (R = 0,997), portanto pode ser estabelecida uma relao inversamente proporcional entre as duas propriedades, que se deve aos motivos previamente expostos nos itens 4.1 e 4.2.

Figura 8: Relao entre resistncia e permeabilidade

5. CONCLUSOOs concretos produzidos neste estudo podem ser dispostos em duas classes distintas. A primeira delas, constituda por um concreto de maior resistncia e permeabilidade ainda satisfatria, tem aplicao proposta em pavimentos de trfego leve, estacionamentos e ciclovias. J a segunda classe, cujos traos demonstram alta permeabilidade, mas menor resistncia, podem ser utilizados em locais como caladas, quadras poliesportivas e ptios.Durante esta pesquisa, encontrou-se significante dificuldade em relao existncia de normas brasileiras que regulem experimentos e definam parmetros de anlise e aplicao de concreto poroso.Os dados expostos neste artigo visam agregar informaes literatura existente sobre concreto poroso. Acredita-se, no entanto, que ainda existem inmeras lacunas a serem preenchidas sobre este assunto, entre elas: investigao do efeito da abraso, estudo do desempenho a longo prazo em relao ao entupimento, anlise de viabilidade econmica, pesquisa sobre instalao e operao de pavimentos permeveis.

AGRADECIMENTOAgradecemos a empresa El Condor Controle Tcnolgico Ltda pela orientao, fornecimento de materiais, disponilizao de mo-de-obra e dos laboratrios.

REFERNCIAS

ABNT. Concreto endurecido - Determinao do coeficiente de permeabilidade gua. NBR 10786 (1989)

ABNT. Concreto - Ensaio de compresso de corpos-de-prova cilndricos. NBR 5739 (2007)

ABNT. Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova. NBR 5738 (2003)

ACIOLI, Laura Albuquerque. Estudo experimental de pavimentos permeveis para o controle do escoamento superficial na fonte, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil, 2005, 162p.

EL CONDOR. Catlogo de Aditivos, Brasil, 2014, 32p.

INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGIA, disponvel em: acesso em 17 de agosto de 2014.

FHWA, Techbrief: Pervious Concrete. Federal Highway Administration, Office of Pavement Technology, Dezembro, Port Royal Road, Springfield, USA, 2012, 8 p.

MCCAIN, George N., DEWOOLKAR, Mandar M., Porous Concrete Pavements: Mechanical and Hydraulic Properties, The University of Vermont 6, Burlignton, USA, 2010, 19p.

MARCHIONI, M. L.; SILVA, C. O. e MAYOR, A. V. Conceitos e Requisitos para Pavimentos de Concreto Permevel. Pavimentos Permeveis, So Paulo: Associao Brasileira de Cimento Portland (ABCP), jun. 2011.

MAZZONETTO, C. Concreto permevel. Infraestrutura Urbana, So Paulo: Ed. Pini, n. 13, p. 44-45, abr. 2012.

NATIONAL READY MIXED CONCRETE ASSOCIATION (NRMCA). CIP 38 - Pervious Concrete. Silver Spring, MD, 2004.

POLASTRE, B. e SANTOS, L. D. Concreto Permevel. So Paulo: Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Universidade de So Paulo, 2006.

TENNIS, Paul, D.; LEMING, Michael, L.; and AKERS David, J. Pervious Concrete Pavements, EB302.02, Portland Cement Association, Skokie, Illinois, and National Ready Mixed Concrete Association, Silver Spring, Maryland, USA, 2004, 36 p.

TERZAGHI, K.; PECK, R. B. Soil Mechanics in Engineering Practice, 2nd edn.. John Wiley, New York, London, Sydney, 1967.

UNIBETO. Ficha tcnica de Betes Drenantes: Unidren. Lisboa, Portugal, 2014.

VOGADO, M.; COSTA, F.; LUTZE, W. and GONG, W. Resistncia corroso de concreto geopolimrico de ultra-alto desempenho. 1o Congresso Brasileiro de Patologia das Construes, Foz do Iguau, PR, 2014.

Alteracoes:-Referencia no 1o paragrafo-Pag 4/7 erro de referencia-Grafico permeabilidade-Vantagens primeiro e depois desvantagens-Formatacao bibliografia-Quadra poliesportiva-Grafico mais simples-Periodo de retorno (IDF Cuiaba)

Estudo de Dosagem de Concreto Poroso aplicado Pavimentao