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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
WILLIAN WEBER DE MELO
ANÁLISE DE DIFERENTES ENSAIOS DE PERMEABILIDADE
EM CONCRETOS POROSOS
Santa Maria, RS
2017
Willian Weber de Melo
ANÁLISE DE DIFERENTES ENSAIOS DE PERMEABILIDADE EM
CONCRETOS POROSOS
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado ao Curso de Engenharia Civil,
da Universidade Federal de Santa Maria
(UFSM, RS), como requisito parcial para
obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientadora: Prof.a Dr.aTatiana Cureau Cervo
Santa Maria, RS
2017
Willian Weber de Melo
ANÁLISE DE DIFERENTES ENSAIOS DE PERMEABILIDADE EM
CONCRETOS POROSOS
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado ao Curso de Engenharia Civil,
da Universidade Federal de Santa Maria
(UFSM, RS), como requisito parcial para
obtenção do título de Engenheiro Civil.
Aprovado em 27 de Novembro de 2017.
Tatiana Cureau Cervo, Dra. (UFSM)
(Orientadora)
___________________________________________________________________
Daniel Gustavo Allasia Piccilli, Dr. (UFSM)
Lucas Alves Lamberti, M. Sc. (UFSM)
Santa Maria, RS
2017
RESUMO
ANÁLISE DE DIFERENTES ENSAIOS DE PERMEABILIDADE EM
CONCRETOS DRENANTES
Nas últimas décadas, o aumento da população urbana no Brasil tem exigido
um aumento da infraestrutura das cidades, o que resulta em ampliação das vias, do
sistema de saneamento básico, aumento do número de residências, entre diversas
outras obras. Estas, muitas vezes, resultam na redução da área de solo permeável, o
que modifica o escoamento que passa por esta bacia hidrográfica. A
impermeabilização de grandes áreas resulta na redução da infiltração da água no solo,
o que, consequentemente, aumenta o escoamento superficial que ocorre durante
eventos de precipitação, de modo que ocorram maiores vazões de pico e aumentando
a probabilidade de ocorrência de grandes inundações, que gera inúmeras perdas
econômicas, materiais e humanas quando atinge os centros urbanos. Uma possível
solução para reduzir a ocorrência deste evento é o uso de pavimentos permeáveis,
que possuem a capacidade de armazenamento da água e gradual liberação desta,
reduzindo a possibilidade de ocorrência de enchentes. Em vista disso, este trabalho
analisa a permeabilidade de três traços de concretos drenantes, o primeiro composto
por agregado natural e cimento, o segundo com 15% da massa do agregado
substituído por fresado asfáltico e o terceiro com a substituição de 30% da massa de
agregado por fresado asfáltico. Foram realizados ensaios de resistência à tração na
flexão, conforme a NBR 12142 (2010) e ensaios de permeabilidade conforme as
normas ASTM C1701 (2009), NBR 13292 (1995) e NBR 14545(2000).Após a análise
dos resultados, foi possível concluir que todos os traços apresentaram resistência
superior a exigida pela norma e permeabilidade satisfatória.
AUTOR: Willian Weber de Melo
ORIENTADORA: Prof.a Dr.aTatiana Cureau Cervo
Palavras–chave: Pavimentos Permeáveis; Concreto Poroso; Permeabilidade
LISTA DE FIGURAS
Figura 2-1 – Medidas para controle de inundações .................................................. 15
Figura 2-2 – Hidogramas de bacia urbana e bacia rural ........................................... 16 Figura 2-3 – Valores de permeabilidade de solos ..................................................... 17 Figura 2-4 – Permeâmetro de carga constante. ........................................................ 18 Figura 2-5 – Permeâmetro de carga variável. ........................................................... 19 Figura 2-6 – Evolução do perfil de umidade em um solo. ......................................... 20
Figura 2-7 – Camadas de um pavimento permeável com concreto poroso. ............. 22 Figura 2-8 – Camadas de um pavimento de blocos vazados intertravados de concreto. .................................................................................................................................. 23 Figura 2-9 – Determinação do volume máximo de armazenamento. ........................ 30 Figura 3-1 – Curva granulométrica da brita utilizada ................................................. 37
Figura 3-2 – Moldes de PVC ..................................................................................... 39 Figura 3-3 – Moldes prismáticos ............................................................................... 40
Figura 3-4 – Consistência do concreto poroso antes da adição de 10% da água. .... 41 Figura 3-5 – Consistência do concreto poroso após a adição de 10% da água. ....... 41 Figura 3-6 – Corpos de prova na câmara úmida. ...................................................... 42 Figura 3-7 – Ensaio de infiltração utilizando plástico anexado ao molde de PVC. .... 43
Figura 3-8 – Segundo método utilizado para determinação da taxa de infiltração. ... 44 Figura 3-9 – Permeâmetro de carga variável ............................................................ 45 Figura 3-10 – Permeâmetro de carga constante. ...................................................... 46
Figura 3-11 – Representação do ensaio de resistência à tração na flexão. .............. 47 Figura 3-12 – Ensaio de resistência à tração na flexão. ............................................ 47
Figura 3-13 – Pesagem dos CPs para determinação do índice de vazios ................ 48 Figura 4-1 – Comparação da taxa de infiltração do traço com e sem fresado. ......... 50
Figura 4-2 – Comparação da taxa de infiltração entre os traços T0, T15 e T30. ...... 52 Figura 4-3 – Comparação entre ensaios de carga constante e variável. .................. 54
Figura 4-4 – Taxa de infiltração do traço com brita 0 ................................................ 55 Figura 4-5 – Resultados do ensaio de carga constante. ........................................... 56 Figura 4-6 – Resultados do ensaio de carga variável. .............................................. 56
Figura 4-7 – Comparação entre ensaios de permeabilidade – Traço B0. ................. 57 Figura 4-8 – Resultado do ensaio de tração na flexão, traço com e sem fresado. .... 58
Figura 4-9 – Resultado do ensaio de tração na flexão, traço T0, T15 e T30. ............ 59 Figura 4-10 – Resultado do ensaio de tração na flexão, traço com brita 0 ............... 60 Figura 4-11 – Relação entre índice de vazios x resistência à tração na flexão dos traços T0, T15 e T30. ................................................................................................ 61 Figura 4-12 – Relação entre taxa de infiltração e índice de vazios dos traços T0, T15 e T30. ........................................................................................................................ 62
Figura 4-13 – Relação índice de vazios x resistência para traço com brita 0. ........... 62
Figura 4-14 – Resultados médios dos traços T0, T15, T30 e B0. ............................. 63
LISTA DE TABELAS
Tabela 2-1 – Resultado dos ensaios de permeabilidade de BATEZINI (2013) ......... 26
Tabela 2-2 – Resultados do ensaio de permeabilidade de Sales (2008) .................. 27 Tabela 2-3 – Resultados obtidos por Höltz (2011) utilizando mesa vibratória. .......... 27 Tabela 2-4 – Resultados do ensaio de resistência à tração na flexão ...................... 28 Tabela 2-5- Coeficientes de segurança para taxa de infiltração................................ 31 Tabela 2-6 – Absortância da radiação solar, emissividade, condutância térmica e calor específico de pavimento de concreto e asfáltico. ...................................................... 32 Tabela 2-7 – Pressão sonora em diferentes revestimentos. ..................................... 33 Tabela 2-8 – Resultados de condutividade hidráulica (cm/s). ................................... 34 Tabela 3-1- Distribuição granulométrica do traço 1. .................................................. 35 Tabela 3-2 – Caracterização da Brita 0 ..................................................................... 36
Tabela 3-3 – Resultados do ensaio de Rotarex. ....................................................... 37 Tabela 3-4 – Caracterização do cimento ................................................................... 38
Tabela 3-5 – Resumo dos traços utilizados............................................................... 38 Tabela 4-1 – Resultados do ensaio de permeabilidade no traço sem fresado .......... 49 Tabela 4-2 – Resultados do ensaio de permeabilidade no traço com 15% de fresado. .................................................................................................................................. 49
Tabela 4-3 – Resultados do segundo ensaio de permeabilidade .............................. 51 Tabela 4-4 – Resultados do ensaio com permeâmetro de carga constante nos traços T0, T15 e T30. ........................................................................................................... 53
Tabela 4-5 – Resultado do ensaio com permeâmetro de carga variável nos traços T0, T15 e T30. ................................................................................................................. 53
Tabela 4-6- Determinação da taxa de infiltração conforme o 2º método. .................. 54 Tabela 4-7 – Ensaio de carga constante. .................................................................. 55
Tabela 4-8 – Resultado do ensaio de carga variável ................................................ 56 Tabela 4-9 – Resultados de resistência dos CPs ...................................................... 58
Tabela 4-10 – Resultados dos traços T0, T15 e T30 ................................................ 59 Tabela 4-11 – Resultado do traço com brita 0........................................................... 60
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 12 1.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................ 12 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................ 13
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................. 14 2.1 CARACTERÍSTICAS DA DRENAGEM URBANA ........................................................ 14 2.2 EFEITOS DA URBANIZAÇÃO SOBRE A DRENAGEM ................................................ 14 2.3 FLUXO DA ÁGUA NOS SOLOS E FATORES QUE O INFLUENCIAM. ............................. 16
2.3.1 Determinação do coeficiente de permeabilidade ...................... 18
2.4 INFILTRAÇÃO .................................................................................................. 19 2.4.1 Equacionamento geral da infiltração .......................................... 21
2.5 ESCOAMENTO SUPERFICIAL ............................................................................. 21 2.6 PAVIMENTOS PERMEÁVEIS .............................................................................. 21
2.6.1 Camada de Base ........................................................................... 24
2.6.2 Interface entre as camadas ......................................................... 24
2.7 CONCRETO POROSO ....................................................................................... 24 2.7.1 Características no estado fresco ................................................ 25
2.7.2 Características no estado endurecido ....................................... 25
2.7.3 Ensaios de permeabilidade ......................................................... 26
2.7.4 Ensaios de resistência à tração na flexão.................................. 28
2.7.5 Determinação do índice de vazios .............................................. 28
2.8 DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO ...................................................................... 28 2.9 BENEFÍCIOS AMBIENTAIS .................................................................................. 32
2.9.1 Qualidade da água na infiltração ................................................ 32
2.9.2 Redução da temperatura ............................................................. 32
2.9.3 Redução de poluição sonora ...................................................... 33
2.9.4 Uso de agregados reciclados ...................................................... 33
3 METODOLOGIA ................................................................................................. 35 3.1 DETERMINAÇÃO DO TRAÇO .............................................................................. 35 3.2 MATERIAIS UTILIZADOS .................................................................................... 36
3.2.1 Agregado graúdo ......................................................................... 36
3.2.2 Fresado Asfáltico Reciclado ....................................................... 37
3.2.3 Aglomerante ................................................................................. 38
3.3 MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA ................................................................. 39 3.3.1 Quantidade de corpos de prova .................................................. 42
3.4 ENSAIOS REALIZADOS ..................................................................................... 42 3.4.1 Ensaio de Permeabilidade ........................................................... 42
3.4.2 Ensaio de Resistência à Tração na Flexão ................................ 46
3.4.3 Determinação do Índice de Vazios ............................................. 48
4 RESULTADOS E ANÁLISE ............................................................................... 49
4.1 ENSAIO DE PERMEABILIDADE ........................................................................... 49 4.2 ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO ................................................ 58 4.3 ÍNDICE DE VAZIOS ........................................................................................... 61 4.4 COMPARAÇÃO ENTRE OS TRAÇOS. ................................................................... 63
5 CONCLUSÕES .................................................................................................. 64 6 REFERÊNCIAS .................................................................................................. 65
12
1. INTRODUÇÃO
O acúmulo de água na superfície de pavimentos vem sendo um problema
recorrente nas cidades brasileiras, afetando desde grandes metrópoles até cidades
do interior do país. Isso ocorre devido à impermeabilização do solo que, como
consequência, reduzem a área onde as águas pluviais poderiam se infiltrar, gerando
escoamento superficial nos eventos de chuva.
Esse escoamento superficial produzido é responsável pelos pontos de
alagamento gerados nas cidades, devendo ser retirado das vias pelo sistema público
de drenagem. Contudo, a drenagem pluvial tem se mostrado ineficiente, não
conseguindo captar o escoamento gerado por precipitações que produzem volumes
inferiores ao seu volume de projeto. Isso se deve, principalmente, ao fato desses
sistemas de drenagem pluvial simplesmente retirarem a água de um ponto de cota
mais elevada e transportarem para cotas mais baixas da bacia, resolvendo o problema
à montante, porém sobrecarregando a drenagem à jusante. Essa água não drenada
é responsável por acidentes ocasionados por aquaplanagem, além de reduzir a vida
útil de pavimentos devido à entrada de água na estrutura, devendo então ser
devidamente destinada para locais adequados.
Em vista disso, este trabalho abordará a capacidade de drenagem de concretos
porosos, também conhecido por concreto sem finos, concreto drenante ou concreto
permeável, através da comparação de diferentes métodos para a determinação do
coeficiente de permeabilidade do material, além de analisar a possibilidade do uso
deste em vias públicas de tráfego leve, estacionamentos e calçadas, visando reduzir
os impactos gerados pela deposição da água da chuva em lugares impróprios.
1.1 Objetivo Geral
Determinar as propriedades hidráulicas de concretos drenantes, visando
estabelecer uma relação entre a permeabilidade do material com suas características
físicas, além de verificar sua possível utilização em pavimentos destinados à tráfego
leve.
13
1.2 Objetivos Específicos
• Moldar amostras de concreto drenante, visando determinar suas
características hidráulicas, a fim de garantir que o material apresente permeabilidade
satisfatória.
• Verificar o comportamento da permeabilidade do material ao substituir parte
do agregado utilizado por fresado asfáltico.
• Determinar características mecânicas do material, para certificar que este
atenda à norma NBR 16416: Pavimentos Permeáveis de Concreto - Requisitos e
Procedimentos.
• Comparar dois processos distintos de ensaios de permeabilidade, o ensaio de
taxa de infiltração, adaptado da norma ASTM C-1701 (2017), com os ensaios de
permeabilidade de carga constante, conforme a NBR 13292 (1995) e de carga
variável, conforme a NBR 14545 (2000).
14
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Esta seção do trabalho abordará características de concretos porosos e
conceitos utilizados para justificar a utilização do material, além de apresentar estudos
deste material realizados por outros autores.
2.1 Características da drenagem urbana
TUCCI(1993, p.822) define drenagem urbana da seguinte maneira:
“A drenagem urbana inicia-se em edificações com os coletores pluviais
ligados à rede pública, na drenagem superficial das sarjetas que recebe a
parcela superficial das ruas, calçadas, pátios e outras áreas impermeáveis ou
permeáveis que geraram escoamento superficial. O escoamento proveniente
das sarjetas, que entra na rede através dos bueiros, e o proveniente dos
coletores residenciais são drenados pelos condutos pluviais que alimentam
os condutos secundários até os principais sistemas compostos de pequenos
rios (arroios, riachos ou ribeirões) que compõem a macrodrenagem urbana.
De acordo com Tucci (1993), o dimensionamento da drenagem urbana é
realizado em dois níveis. A macrodrenagem, que são os escoamentos em fundos de
vale, responsáveis por coletar as águas de áreas providas de sistemas de micro
drenagem, que é onde o escoamento natural não é bem definido, sendo determinado
pela ocupação do solo, como o traçado das ruas, por exemplo.
2.2 Efeitos da urbanização sobre a drenagem
O crescimento das cidades brasileiras tem gerado impactos significativos nas
bacias hidrográficas. O aumento da área impermeável do solo faz com que haja uma
redução da parcela de precipitação que se infiltra no solo, reduzindo o tempo de
concentração da bacia e aumentando o escoamento superficial nessas áreas. Esse
escoamento é o responsável pelo aumento do risco de enchentes, que, quando
acontecem perto de centros urbanos, danifica a infraestrutura destes e acelera a
deterioração dos pavimentos e edificações, gerando inúmeras perdas econômicas e
sociais.
Um dos fatores que origina este problema é o formato em que as cidades
brasileiras se desenvolveram. Conforme Tucci (2005), “a falta de planejamento,
controle do uso do solo e a ocupação das áreas de risco, aliados a um sistema de
drenagem ineficiente contribuem para a ocorrência de enchentes”.
Assim, de acordo com Tucci (2005), torna-se necessária a adoção de medidas
de controle de enchente, como a não transferência da vazão para jusante em zonas
15
urbanizadas, recuperação da infiltração natural nas bacias hidrográficas e utilização
de medidas não estruturais.
Conforme REZENDE(2010), medidas de controle estruturais consistem de
intervenções diretamente nas calhas dos rios ou na paisagem urbana, como
canalizações, barragens, reservatórios e diques. Tais medidas são necessárias para
ações corretivas. Por sua vez, medidas não estruturais consistem de ações indiretas
como zoneamento urbano através da identificação de áreas alagáveis e restrições na
legislação, preservação das várzeas, educação ambiental, sistemas de alerta de
enchentes. Este tipo de medida é complementar às medidas estruturais, e visa a
prevenção de inundações. A Figura 2-1 caracteriza as medidas estruturais e não
estruturais. Conforme Tucci (1993), esse conjunto de medidas serve apenas para
minimizar as consequências de uma inundação, não são capazes de controlá-la
totalmente.
Figura 2-1 – Medidas para controle de inundações
Fonte: REZENDE(2010, p. 19).
De acordo com Tucci (1993), durante muito tempo, o objetivo principal da
drenagem urbana tem sido remover as águas pluviais em excesso da forma mais
eficiente possível, afim de evitar prejuízos e riscos de inundações. A Figura 2-2 mostra
a diferença entre um hidrograma de uma bacia rural e uma urbanizada. Nota-se que
o pico da bacia urbana não só ocorre em um tempo menor, como resulta em um
volume também maior se comparado ao pico da bacia rural.
16
Figura 2-2 – Hidogramas de bacia urbana e bacia rural
Fonte: TUCCI (2008, p.106)
Conforme Tucci (2008), à medida que uma bacia se urbaniza, ocorre:
• Aumento das vazões máximas em virtude do aumento da capacidade de
escoamento devido à impermeabilização da superfície e do sistema de
drenagem.
• Redução da qualidade da água superficial e subterrânea, devido à
lavagem das ruas, transporte de materiais sólidos e ligações
clandestinas de esgoto e pluvial.
• Desorganizada expansão da infraestrutura urbana, com obstrução de
escoamentos por taludes, redução da seção de calhas de rios por
aterros de pontes, entre outros.
2.3 Fluxo da água nos solos e fatores que o influenciam.
O fluxo de água que percola um concreto poroso segue os mesmos princípios
do escoamento da água através de um solo. O fluxo de água nos solos é influenciado
por sua permeabilidade, que, por sua vez, depende de características do solo, como
a granulometria, índice de vazios, composição mineralógica, macroestrutura do solo
e pelo grau de saturação. Além disso, a temperatura influência o escoamento em solos
devido à influência desta na viscosidade da água.
O tamanho das partículas influencia diretamente a permeabilidade do solo, e
consequentemente o fluxo de água que o percola. Solos com grãos de diâmetros
maiores possuem maior permeabilidade do que solos com partículas mais finas.
A granulometria afeta diretamente o índice de vazios do solo. Quanto mais
uniforme for o diâmetro das partículas, maiores serão os vazios neste e mais
permeável será o solo. Curvas granulométricas bem graduadas resultam em solos
17
menos permeáveis, pois as partículas menores ocupam os vazios deixados entre as
partículas maiores, diminuindo assim o índice de vazios e a permeabilidade.
A variação de temperatura afeta diretamente a viscosidade da água.
Temperaturas mais altas diminuem a viscosidade dos fluídos, facilitando a passagem
da água pelos poros do solo.
As propriedades citadas afetam diretamente o coeficiente de permeabilidade,
que foi obtido experimentalmente pelo engenheiro francês Darcy, que estudou a
variação da vazão de água em solos, através de tubos permeâmetros, definindo assim
a Lei de Darcy, que define a relação entre o gradiente hidráulico, a permeabilidade do
solo e a velocidade de escoamento, conforme a equação (2-1).
v = k ∙ i (2-1)
Sendo: v = velocidade de escoamento (m/s)
K = coeficiente de permeabilidade (m/s)
I = gradiente hidráulico (adimensional)
Pereira (1984) ressalta que esta equação é válida apenas para escoamentos
laminares, onde a perda de carga varia linearmente com a velocidade do escoamento.
Para determinar o tipo de escoamento, utiliza-se o índice de Reynolds para meios
porosos (equação (2-2)) que, se este for menor que 2000, o escoamento é laminar,
entre 2000 e 4000, o escoamento é de transição e se for superior a 4000, o
escoamento é turbulento.
Re =q∙d50
μ (2-2)
Sendo: μ = viscosidade cinemática (L²/T);
q = velocidade aparente de fluxo (L/T);
d50 = diâmetro médio dos grãos (L).
Os intervalos de variação do coeficiente de permeabilidade conforme o tipo de
solo está presente na Figura 2-3.
Figura 2-3 – Valores de permeabilidade de solos
Fonte: adaptado de CAPUTO(1988, p.71)
18
2.3.1 Determinação do coeficiente de permeabilidade
Conforme Caputo (1988), a determinação da permeabilidade pode ser obtida
por equações que relacionam com a granulometria, através do uso de permeâmetros
em laboratório.
Para solos granulares, recomenda-se a utilização de permeâmetros de nível
constante, conforme a Figura 2-4. A permeabilidade, conforme Caputo(1988), é
determinada medindo-se a quantidade de água, mantida a nível constante, que
atravessa em um determinado tempo em uma amostra de solo de dimensões
conhecidas.
Figura 2-4 – Permeâmetro de carga constante.
Fonte: adaptado de Caputo (1988, p. 72)
Assim, através da equação (2-3), determina-se a permeabilidade do material.
K =Q∙L
A∙h∙t (2-3)
Sendo: K = coeficiente de permeabilidade (cm/s)
Q = quantidade de água medida no intervalo de tempo t (cm³)
t = intervalo de tempo para encher o recipiente (s)
A = área da seção transversal da amostra (cm²)
h = desnível entre a superfície de entrada da água e superfície de saída (cm)
L = comprimento da amostra (cm)
Em solos mais finos, deve-se utilizar permeâmetros de carga variável, pois este
tipo de solo apresenta baixa permeabilidade, levando muito tempo, caso seja possível,
determinar a permeabilidade através de permeâmetros de nível constante. A
19
quantidade de água é medida através de uma bureta graduada e, com essa,
determina-se a vazão, conforme mostra a Figura 2-5.
Figura 2-5 – Permeâmetro de carga variável.
Fonte: adaptado de Caputo (1988, p. 72)
Durante um pequeno intervalo de tempo dt, a altura da bureta de área a
decresce um valor dh, devido a variação da vazão Q, portanto:
dQ = −a ∙ dh (2-4)
O sinal negativo indica que a altura decresce conforme o tempo cresce. Já, na
amostra de solo, têm-se que a vazão é dada por:
dQ = k ∙h
L∙ A ∙ dt (2-5)
Como a vazão na bureta é igual à que percola pelo solo, é possível igualar as
equações, resultando em:
−a ∙ dh = k ∙h
L∙ A ∙ dt (2-6)
Integrando a equação 2-6 com limites convenientes e isolando o coeficiente de
permeabilidade, têm-se a equação (2-7), utilizada para determinar o coeficiente de
permeabilidade em permeâmetros de carga variável.
k = 2,3 ∙L∙a
A∙t∙ log
h1
h2 (2-7)
2.4 Infiltração
Infiltração é o fenômeno de penetração da água nas camadas do solo próxima
a superfície do terreno. Conforme TUCCI (2007), este processo depende da
quantidade de água disponível para infiltrar, do tipo do solo, do estado em sua
superfície e do grau de saturação do solo.
20
À medida que a água infiltra pela superfície, as camadas superiores do solo
vão se umedecendo de cima para baixo, alterando gradativamente o perfil de
umidade. Enquanto há aporte de água, o perfil de umidade tende à saturação
em toda a profundidade, sendo a superfície, naturalmente, o primeiro perfil a
saturar. Normalmente, a infiltração decorrente de precipitações naturais não
é capaz de saturar todo o solo, restringindo-se a saturar, quando consegue,
apenas as camadas próximas à superfície, conformando um perfil típico onde
o teor de umidade decresce com a profundidade (TUCCI, 2007, p. 335).
Quando há um intervalo na disponibilidade de água, o perfil de umidade do solo
se redistribui para um perfil de umidade inverso, com teores mais altos conforme maior
a profundidade. À medida que a umidade atinge camadas mais profundas, o solo vai
se tornando mais seco, recuperando sua capacidade de infiltração. A Figura 2-6
mostra o perfil de umidade em um solo natural sujeito à infiltração.
Figura 2-6 – Evolução do perfil de umidade em um solo.
Fonte: RODRIGUES BARBOSA JÚNIOR, [s.d.])
Se uma precipitação atingir o solo com uma intensidade menor que a
capacidade de infiltração, toda água penetra no solo, provocando uma
progressiva diminuição da própria capacidade de infiltração [...]. Se a
precipitação continuar, pode ocorrer, dependendo da sua intensidade, um
momento que a capacidade de infiltração se iguala à de precipitação. A partir
deste momento, mantendo-se a precipitação, a infiltração real se processa
nas mesmas taxas da curva da capacidade de infiltração, [...] tendendo a um
valor mínimo. A parcela não infiltrada da precipitação forma filetes, que
21
escoam superficialmente para áreas mais baixas, podendo infiltrar
novamente, se houver condições (TUCCI, 2007, p. 336).
Desta maneira, torna-se evidente a importância da manutenção da capacidade
de infiltração dos solos, evitando grandes áreas impermeáveis. Quanto maior for a
capacidade de infiltração de um solo, menor será o escoamento superficial
ocasionado por uma precipitação.
2.4.1 Equacionamento geral da infiltração
Conforme TUCCI (1993, p. 337), “o equacionamento geral da infiltração é feito
a partir da representação matemática do movimento da água em solos não saturados”.
O movimento da água no solo obedece a lei de Darcy (equação 2-1) que a
deduzindo para solos saturadores, resulta na equação (2-8).
q = −k
μ∙ (
∂p
∂z− ρ ∙ g) (2-8)
Onde: q = velocidade de Darcy (m/s)
k = permeabilidade intrínseca do solo (m/s)
μ = viscosidade dinâmica da água (Pa s)
p = pressão da água no interior do solo (m)
ρ = massa específica da água (kg/m³)
g = aceleração da gravidade (m/s²)
z = profundidade (m)
Tucci (1993) afirma que a permeabilidade intrínseca k depende das dimensões,
geometria e organização interna dos poros do solo, e relaciona-se com a
condutividade hidráulica K a partir da equação (2-9).
K = k ∙ρ∙g
μ (2-9)
2.5 Escoamento superficial
Conforme R. Barbosa Júnior [s.d., p. 92], ‘’escoamento superficial é o segmento
do ciclo hidrológico caracterizado pelo deslocamento da água na superfície da terra e
nos cursos de água naturais. Este processo é originado a partir da interação entre
precipitações com os processos de infiltração, evaporação e interceptação.
2.6 Pavimentos Permeáveis
Conforme Araújo (2000), o uso de pavimentos impermeáveis provoca um
aumento no coeficiente de escoamento superficial de 44% se comparado com solo
22
compactado. Isso demonstra que a crescente impermeabilização dos solos tende a
provocar um aumento nas cheias urbanas.
Comparando com pavimentos permeáveis, os estudos de Araújo (2000)
indicaram que praticamente não houve a formação de escoamento superficial neste
tipo de superfície. COSTA, A. R. et al.(2007, p.97) define pavimento permeável da
seguinte maneira:
Pavimentos permeáveis são superfícies drenantes que promovem infiltração,
armazenamento e percolação de parte ou totalidade da água provinda do
escoamento superficial para dentro de uma camada de armazenamento
temporária no terreno, que é absorvida gradualmente pelo solo
A redução no escoamento superficial produzida por esses tipos de pavimentos
e a sua capacidade de armazenamento resultam em um aumento no tempo de
concentração de uma bacia hidrográfica, tornando menores os riscos de enchentes.
Esse tipo de pavimento é, em geral, composto por um revestimento poroso
sobre uma camada de material granular que possui a função de filtro, seguida de outra
camada de material granular com função de reservatório. Entre o subleito e o
pavimento, recomenda-se utilizar um filtro geotêxtil para evitar o carreamento de finos
e a colmatação dos poros do pavimento. A Figura 2-7 mostra um exemplo das
camadas de um pavimento permeável com concreto poroso.
Figura 2-7 – Camadas de um pavimento permeável com concreto poroso.
Fonte: Urbonas e Stahre.(1993, apud COSTA, A. R. et al, 2007)
Conforme ACIOLI (2005), a camada superficial deve permitir a infiltração da
água da chuva e resistir às solicitações produzidas pelo tráfego. O tipo de agregado a
ser utilizado varia de acordo com a espessura de projeto da camada, disponibilidade
do material perto do local da obra e com o custo.
23
Conforme TUCCI (2005), recomenda-se que pavimentos de concreto poroso
sejam adensados com vibração por curtos períodos de tempo, para evitar a
segregação da pasta de cimento. Além disso, deve-se evitar o uso de soquetes, pois
pode resultar em massas específicas localizadas elevadas.
Além do pavimento com concreto poroso, utiliza-se também diversos tipos de
pavimentos permeáveis, entre eles destacam-se o asfalto poroso e o pavimento de
blocos vazados intertravados de concreto.
O asfalto poroso é produzido de maneira análoga ao concreto poroso, através
da retirada ou diminuição do material fino da composição da mistura. A diferença entre
estes é que, no caso do concreto poroso, o ligante utilizado é o cimento Portland e no
asfalto poroso é utilizado cimento asfáltico de petróleo (CAP).
Pavimento de blocos vazados intertravados de concreto são pré-fabricados
com aberturas em sua estrutura que permite a infiltração da água para as camadas
inferiores do pavimento. Os blocos devem ser assentados de maneira similar ao
pavimento intertravado convencional e as aberturas devem ser preenchidas com
material granular ou grama para que haja a infiltração da água. Conforme UDFCD
(2010), os blocos devem possuir pelo menos 20% de sua área superficial em vazios.
Tucci(2005) recomenda que o subleito deste tipo de pavimento não seja compactado,
para não reduzir a capacidade de infiltração do solo. Assim como nos pavimentos de
concreto poroso, neste deve-se colocar um filtro geotêxtil na base do pavimento, afim
de evitar a migração de solo para o reservatório. A
Figura 2-8mostra um exemplo das camadas de um pavimento com blocos
vazados.
Figura 2-8 – Camadas de um pavimento de blocos vazados intertravados de
concreto.
Fonte: Urbonas e Stahre(1993 apud COSTA, A. R. et al; 2007).
24
2.6.1 Camada de Base
A camada de base de pavimentos permeáveis deve transmitir os esforços
aplicados na camada de revestimento para as camadas inferiores da estrutura, assim
como nos pavimentos convencionais, e ainda deve possuir a função de reservatório,
armazenando a água da chuva e permitindo a sua infiltração no solo.
A porosidade da camada de base deve ser de no mínimo 0,3 para permitir o
armazenamento da água. A resistência do material utilizado deve ser suficiente para
suportar as solicitações e deve possuir dureza suficiente para resistir ao atrito e à
fragmentação, que levaria à compactação da camada e colmatação dos poros.
Recomenda-se o usa de brita com diâmetro superior a 10 mm, com a quantidade de
material siltoso inferior a 3% e material argiloso inferior a 1% (KNAPTON 2002).
2.6.2 Interface entre as camadas
Conforme Acioli (2005) deve-se utilizar uma geomembrana ou um filtro geotêxtil
para impedir a migração de material entre camadas.
Na interface do reservatório e a camada de revestimento, deve ser utilizado um
filtro geotêxtil, que servirá para conter os finos do revestimento nessa camada e
permitir que a água infiltre para dentro do reservatório (ACIOLI, 2005, p. 24)
Na interface entre o reservatório e o subleito, o material a ser utilizado dependerá da
função do pavimento. Segundo Azzout (1994 apud Acioli 2005, p. 24),
Se este possuir função de armazenamento, deverá ser utilizada uma
geomembrana ou um geotêxtil rebocado com material betuminoso, que
servirá para garantir estanqueidade do reservatório. No caso em que o
pavimento seja do tipo infiltrante, deve ser utilizado filtro geotêxtil para impedir
a penetração da brita no solo, e do solo na brita, e proporcionar
permeabilidade ao mesmo.
2.7 Concreto Poroso
Concreto poroso, drenante ou permeável é produzido de maneira semelhante
ao concreto convencional, porém com pouco ou nenhum material fino, sendo
composto basicamente por brita e cimento. A ausência de areia é a responsável por
garantir um alto índice de vazios e, consequentemente, a alta capacidade drenante
deste tipo de concreto. Por outro lado, este também é o motivo deste concreto possuir
25
resistência inferior se comparado à concretos convencionais, principalmente relativo
à resistência à abrasão.
2.7.1 Características no estado fresco
Concretos sem finos possuem trabalhabilidade muito baixa, não sendo possível
realizar o ensaio de slump para mensurá-la. O tempo de trabalho deste também é
reduzido, recomendando-se em torno de 1 hora entre a mistura e a execução (TENNIS
et al, 2004).
2.7.2 Características no estado endurecido
O peso específico e a porosidade dependem do traço e do tipo de material a
ser utilizado, além do método de compactação adotado (TENNIS et al, 2004).A NBR
16416 (2015) define como peso específico mínimo para este tipo de concreto de 1600
kg/m³. O índice de vazios deste material, conforme Höltz (2011, p. 43), varia de 15 a
25%.
A retração neste tipo de concreto é muito pequena, devido aos vazios que
permitem variações volumétricas sem produzir trincas, não necessitando de juntas de
expansão para evitar fissuração.
Conforme TENNIS et al. (2004), a resistência à compressão deste tipo de
material, varia de 3,5 MPa até 28 MPa e a resistência à tração na flexão varia de 1MPa
até 3,8 MPa, valores que tornam possível utilizar este material em várias situações,
desde estacionamentos de supermercados até avenidas com trânsito pesado.
Contudo, a NBR 16416 (2015) exige que concretos porosos apresentem resistência
mínima à tração na flexão de 2,0 MPa para serem utilizados em pavimentos.
Em relação à durabilidade, concretos permeáveis apresentam boa resistência
ao congelamento, uma vez que o dano causado nesta situação depende,
principalmente, do grau de saturação dos poros do material. Já que os poros
existentes neste tipo de concreto são grandes, a saturação destes é de difícil
ocorrência. Por outro lado, essa estrutura aberta presente em concretos drenantes faz
com que o material seja suscetível a ataques por sulfatos.
Por fim, conforme TENNIS et al. (2004), devido à estrutura aberta e superfície
áspera deste tipo de material, a resistência à abrasão não é muito elevada.
Pavimentos de concreto drenante apresentam agregados soltos nas primeiras
semanas após a execução, que são retiradas nas primeiras semanas depois da
26
abertura para o tráfego. Após este período, a taxa de perda de material diminui e o
pavimento se estabiliza. De acordo com TENNIS et al. (2004), compactação e cura
adequadas reduzem a perda de material neste período inicial.
2.7.3 Ensaios de permeabilidade
Conforme já abordado no item 2.3.1, o ensaio de permeabilidade pode ser de
carga constante ou carga variável. Por ser um material com alta porosidade,
recomenda-se a utilização de permeâmetros de carga constante para concretos
drenantes.
BATEZINI (2013, p. 91)apresentou resultados do ensaio de permeabilidade em
um permeâmetro de carga constante, para 3 diferentes traços, utilizando agregado
basáltico com diâmetro variando entre 4,8mm e 12,5mm, relação cimento/agregado
de 1:4,44 e relação água e cimento a/c = 0,30, variando a porcentagem de brita de
determinada faixa de diâmetro utilizada. O consumo de cimento do trabalho foi de 374
kg/m³. Os resultados deste trabalho estão dispostos na Tabela 2-1.
Tabela 2-1 – Resultado dos ensaios de permeabilidade de BATEZINI (2013)
Fonte: Batezini (2013, p. 91)
O trabalho de SALES (2008) estudou a permeabilidade em concretos porosos
com diâmetro máximo do agregado de 9,52 mm. A quantidade de cimento utilizada foi
de 15% em relação ao peso total de agregados somado ao peso correspondente de
agregado passante na peneira de abertura 0,074 mm, mantendo fixa a relação a/c =
0,33. Os resultados estão dispostos na Tabela 2-2.
27
Tabela 2-2 – Resultados do ensaio de permeabilidade de Sales (2008)
Fonte: Sales (2008, p. 91)
A grande diferença nos resultados encontrados por BATEZINI(2013) e SALES
(2008) pode ser explicada pelo método de ensaio utilizado por cada um para avaliar a
condutividade hidráulica do material. O primeiro utilizou um permeâmetro de carga
constante, enquanto o segundo um permeâmetro de carga variável.
HÖLTZ (2011) realizou a moldagem de corpos de prova com brita 1, utilizando
traço 1:4 com 7% de areia, variando o tempo e o método de vibração utilizados. Seus
resultados estão dispostos na Tabela 2-3.
É possível verificar neste trabalho que a condutividade hidráulica nos corpos
de prova que foram adensados com vibrador tipo agulha foram muito superiores às
condutividades obtidas nas amostras adensadas na mesa vibratória. Isso deve-se ao
fato da mesa vibratória adensar de maneira mais homogênea o material, o que reduz
os vazios comunicantes da amostra que por sua vez reduzem o coeficiente de
permeabilidade do material.
Tabela 2-3 – Resultados obtidos por Höltz (2011) utilizando mesa vibratória.
Fonte: adaptado de HÖLTZ(2011, p. 96)
TraçoForma de
Vibração
K
(cm/s)
Fluxo
(l/min./m²)
Fluxo
Médio
(l/min./m²)
0,5757 338
0,2442 143
0,1849 108
0,9068 544
0,8071 484
0,7759 465
Brita 1
com 7%
de Areia
Mesa
Vibratória (10
segundos em
cada camada)
196
Brita 1
com 7%
de Areia
Vibrador do
tipo agulha c/
diâmetro de
25mm
497
28
2.7.4 Ensaios de resistência à tração na flexão
No trabalho de Batezini (2013) foram realizados ensaios de resistência à tração
na flexão, cujos resultados estão disponíveis na Tabela 2-4, onde μ é o valor médio
obtido no ensaio. Destaca-se que, para as três misturas estudadas neste trabalho, os
resultados médios encontrados foram muito próximos, o que pode ser explicado pelo
índice de vazios das três misturas serem praticamente o mesmo.
Tabela 2-4 – Resultados do ensaio de resistência à tração na flexão
Dados
Resistência à tração na Flexão (MPa)
M1 M2 M3
n 9 9 9
µ 2,16 2,03 2,22
σ 0,27 0,20 0,27
cv (%) 12,44 9,71 12,03
Fonte: Batezini (2013, p. 95)
OLEK et al. (2003, p. 39)relata sobre o uso de concretos porosos com
resistências de3 MPa, com porosidade média de 25%, utilizando agregados de
diâmetro máximo de 10 mm e mínimo de 6mm.
2.7.5 Determinação do índice de vazios
Conforme CAPUTO(1988), índice de vazios é a relação entre o volume de
vazios e o volume da parte sólida do material. Esta relação pode ser determinada em
laboratório através da obtenção do peso seco e do peso submerso das amostras,
utilizando a equação (2-10).
Vv = (1 −Ws−Wsub
ρw∙V) (2-10)
Sendo: Vv = volume de vazios
Ws = peso seco da amostra (kg)
Wsub= peso submerso da amostra (kg)
ρw= massa específica da água (kg/m³)
V = volume da amostra (m³)
2.8 Dimensionamento hidráulico
Conforme Acioli (2005), este dimensionamento tem como objetivo determinar a
espessura do reservatório necessária para armazenar o volume de água resultante
de uma precipitação com determinado tempo de retorno, menos o volume de água
29
que infiltra no solo ou é drenado para a rede. Essa espessura deve ser comparada
com a obtida no dimensionamento mecânico, adotando-se a maior delas.
A chuva de projeto deve ser obtida a partir da curva IDF do local do projeto,
para o tempo de retorno e duração da chuva conforme o projeto. CEDERGREN (1980
apud Correa, 2009) sugere utilizar uma precipitação com tempo de concentração de
uma hora e período de retorno de 1 a 2 anos para os dispositivos de drenagem
subsuperficial. Por outro lado, Tucci (2005) recomenda o uso de um tempo de retorno
de 10 anos para estruturas de controle na fonte. A NBR 16416/2015 recomenda a
utilização de um tempo de retorno mínimo de 10 anos, e duração mínima da
precipitação de uma hora.
De acordo com Correa (2009), a espessura do reservatório de camadas
granulares é calculada a partir da equação (2-11).
H =Vr
η (2-11)
Sendo: H = espessura do reservatório de material granular (m)
η = porosidade do material
Vr = altura total precipitada, correspondente à duração e período de retorno de
projeto, em milímetros (m).
A porosidade do material é definida a partir da equação (2-12).
η = 1 − γd
Gs∙γw (2-12)
Sendo: 𝛾𝑑 = peso específico seco do material (KN/m³);
Gs = densidade real dos grãos;
𝛾𝑤= peso específico da água (KN/m³)
Esse método para o dimensionamento do reservatório é proposto por Silveira
(2003) conhecido como Rain Envelope Method ou método da Curva Envelope. Este
consiste em determinar o armazenamento máximo a partir da diferença entre as
curvas de volume acumulado de entrada (He) e de saída (Hs) da estrutura de controle,
obtidas a partir da derivação da equação da continuidade concentrada. A Figura 2-9
exemplifica como é determinado o volume máximo de armazenamento.
30
Figura 2-9 – Determinação do volume máximo de armazenamento.
Fonte: Urbonas e Stahre (1993, apud Acioli 2005, p. 26)
Esse método associa a chuva de projeto utilizada a um balanço hídrico
simplificado, visando determinar o volume de armazenamento necessário decorrente
das dimensões mínimas dos dispositivos de controle. A equação (2-13) é utilizada por
este método para determinar a espessura do reservatório.
Hs = γ ∙ H ∙ qs ∙t
60 (2-13)
Sendo: H = profundidade média do volume de acumulação (mm)
γ = razão entre a área de percolação e a área do dispositivo
qs = vazão de saída do dispositivo (mm/s)
t = duração (minutos)
A duração crítica da chuva de projeto é obtida a partir da máxima diferença
entre Hs e He. O que, conforme Silveira (2003, apud Acioli 2005), resulta na equação
(2-14).
t = √β∙c∙a∙Tb
γ∙H∙qs− c (2-14)
Sendo: a, b e c = parâmetros da curva IDF da região
β = produto do coeficiente de escoamento pela razão entre a área contribuinte
do dispositivo;
T = tempo de retorno da chuva de projeto (anos);
t = duração da chuva de projeto
31
Conforme ACIOLI (2005), o termo da vazão de saída do dispositivo (qs) é, para
pavimentos permeáveis com infiltração total, a taxa de infiltração do solo saturado.
Contudo, como a capacidade de infiltração do pavimento tende a reduzir com o passar
do tempo, recomenda-se utilizar um coeficiente de segurança de minoração da vazão
de saída. A Tabela 2-5 mostra os coeficientes de segurança indicados, de acordo com
a área de drenagem e a consequência da falha do sistema.
Tabela 2-5- Coeficientes de segurança para taxa de infiltração.
Fonte: CIRIA (1996, apud Acioli 2005, p. 27)
O volume máximo para a duração crítica da chuva é determinado a partir da
equação (2-15).
Vmax = (√a
60∙ √β ∙ T
b
2 − √c
60∙ √qs)
2
(2-15)
Com este volume calculado, utiliza-se a equação (2-11) para determinar a
espessura do reservatório, considerando declividade nula.
Por fim, deve-se verificar o tempo de esvaziamento do reservatório que,
conforme SHUELER (1987, apud Acioli 2005), deve ser inferior a 72 horas, afim de
garantir a manutenção das condições aeróbias no solo e certificar-se que o
reservatório e o solo estejam aptos a receber novas precipitações. Essa verificação é
feita a partir da equação (2-16).
𝑡𝑒𝑠𝑣 = 𝐻
𝑞𝑠 (2-16)
Conforme ACIOLI (2005), caso o tempo de esvaziamento seja superior as 72
horas, pode-se aumentar a área do reservatório para diminuir a sua altura ou a
instalação de drenos com registro no fundo do reservatório, que permita o
esvaziamento em caso de permanência da água por tempo prolongado.
32
2.9 Benefícios ambientais
Pavimentos permeáveis atuam reduzindo o escoamento superficial provocado
por precipitações, aumentando o tempo de concentração da bacia hidrográfica e,
consequentemente, diminuindo a vazão máxima ocasionada, conforme já citado. Além
disso, esse tipo de pavimento auxilia na redução de poluentes da água, tem melhores
qualidades acústicas e ajuda a reduzir a temperatura na superfície dos pavimentos,
conforme será descrito a seguir.
2.9.1 Qualidade da água na infiltração
Conforme COLLINS et al. (2008), o uso de pavimentos permeáveis reduziu as
taxas de NH4-N e aumentou a concentração de NO2-3-N, no escoamento superficial
se comparado com pavimento asfáltico, o que deve-se à provável nitrificação NH4.
2.9.2 Redução da temperatura
O trabalho de MASCARÓ (2012) comparou o comportamento térmico entre
pavimento asfáltico convencional e pavimento de concreto convencional conforme a
Tabela 2-6. Nota-se que em todos os itens analisados, o pavimento de concreto
demonstrou comportamento superior ao asfáltico.
Tabela 2-6 – Absortância da radiação solar, emissividade, condutância térmica e calor específico de pavimento de concreto e asfáltico.
Fonte: adaptado de Mascaró (2012, p. 0965)
De acordo com a United States Environmental Protection Agency (EPA, 2008,
p. 8), pavimentos permeáveis estão surgindo como possíveis ‘’pavimentos frios’’.
Estes pavimentos, que incluem, além de concreto poroso, CPA, pavimentos
intertravados de concreto de blocos vazados, são responsáveis por reduzir as ilhas
de calor formadas sob áreas urbanas.
Ainda conforme EPA (2008), estes pavimentos, quando molhados, reduzem a
temperatura superficial do pavimento através da evaporação da água contida nos
vazios. Quando secos estes vazios servem como limitantes para a transferência de
calor, reduzindo a quantidade de energia absorvida.
33
2.9.3 Redução de poluição sonora
Conforme SPECHT (2009), o tipo de revestimento e a velocidade de tráfego
influenciam diretamente na intensidade do ruído produzido pelo veículo. A Tabela 2-7
mostra os resultados obtidos neste trabalho.
Tabela 2-7 – Pressão sonora em diferentes revestimentos.
Fonte: adaptado de Specht (2009)
Nota-se que na pressão sonora, o melhor resultado foi obtido no CPA (concreto
asfáltico poroso). O índice de vazios do material auxilia na redução do ruído produzido
pelos veículos, semelhante ao que acontece em pavimentos de concreto poroso.
O trabalho de OLEK et al. (2003) afirma que, quando a camada superficial de
um pavimento é porosa, a diferença entre o comprimento da onda sonora e a onda
refletida são grandes, o que provoca interferência destrutiva no intervalo de frequência
de 250 a 1000 Hz, diminuindo a intensidade do som que chega a um observador.
2.9.4 Uso de agregados reciclados
Estudos mostram que é possível reciclar matérias e utilizá-los como agregado
não só em concretos convencionais, como também em concretos permeáveis.
Quadrelli (2015) executou seis traços de concreto permeável, um de referência
com relação a/c = 0,3, 3 traços mantendo essa relação e com substituição do
agregado natural por fresado asfáltico nas proporções de 10%, 20% e 40%. Além
desses, também foi moldado um traço com relação a/c = 0,5 apenas com agregado
34
natural e outro com a mesma relação, mas com 10% de substituição do agregado por
fresado. Seus resultados de condutividade hidráulica estão disponíveis na Tabela 2-8.
Tabela 2-8 – Resultados de condutividade hidráulica (cm/s).
Fonte: Quadrelli (2015, p. 5)
Onde: C1: Composição de referência para relação a/c = 0,30;
C2 c/ RFA: Composição com 10% de substituição de agregado natural por
resíduo de fresado asfáltico;
C3 c/ RFA: Composição com 20% de substituição do agregado natural;
C4 c/ RFA: Composição com 40% de substituição do agregado natural;
C5: Composição de referência para relação a/c = 0,50;
C6 c/ RFA: Composição com 10% de substituição de agregado natural.
35
3 Metodologia
A metodologia deste trabalho consistiu em moldar corpos de prova a partir de
quatro diferentes traços. O primeiro traço era composto por brita peneirada nas
frações pré-definidas, o segundo possuía brita com substituição de 15% da massa da
brita por fresado asfáltico. Após os ensaios destas amostras, foi realizado o terceiro
traço que possuía apenas brita lavada e peneirada, o quarto traço possuía substituição
de 15% da massa da brita por fresado asfáltico e o quinto possuía substituição de 30%
de brita por fresado asfáltico. Por fim, foi realizada a moldagem do sexto traço, que
possuía apenas brita 0 lavada. Em todas as misturas foi utilizado cimento CP V – ARI.
A repetição dos traços com brita peneirada e lavada e com substituição de 15%
de brita por fresado ocorreu devido à problemas no ensaio de permeabilidade,
conforme será abordado na seção 4.1.
Após, foram moldadas três amostras para cada ensaio a ser realizado (ensaio
de resistência à tração na flexão e permeabilidade) e foi feita a caracterização dos
corpos de prova.
Ressalta-se que este trabalho de conclusão de curso é derivado de um estudo
que gerou outros dois trabalhos, realizados por Santos (2017) e Porte (2017).
3.1 Determinação do traço
Para este trabalho, foi adotado o traço semelhante ao utilizado por
Batezini(2013) sendo este traço 1:3, composto por cimento e brita. As proporções de
cada fração da brita utilizada estão dispostas na Tabela 3-1. A relação água/cimento
(a/c) utilizada foi de 0,33.
Tabela 3-1- Distribuição granulométrica do traço 1.
Tamanho (mm)
4,75 6,30 9,75
% retida 30 50 20
Em um segundo momento, foi realizada uma moldagem onde 15% da massa
do agregado utilizado foi substituída por fresado, obedecendo a mesma proporção do
utilizada no primeiro traço. Após isso, foi realizada uma terceira moldagem,
substituindo novamente parte da massa do agregado natural por fresado asfáltico
reciclado, nas proporções de 15% e 30%. Por fim, foram moldadas amostras utilizando
apenas brita 0, a fim de verificar a viabilidade do uso de concreto poroso sem a
36
necessidade da segregação de cada fração de brita, o que reduz custos e tempo de
serviço caso o material seja utilizado em grande escala.
3.2 Materiais utilizados
Para que o concreto fique poroso, deve-se evitar a utilização de materiais finos,
que preenchem os vazios entre os agregados graúdos. Desta maneira, para a
moldagem das amostras, a brita utilizada foi lavada, e o fresado asfáltico foi peneirado,
visando retirar o excesso de partículas finas da mistura.
3.2.1 Agregado graúdo
O agregado graúdo utilizado foi proveniente da pedreira da Brita Pinhal,
localizada no município de Itaara, Rio Grande do Sul, próximo à cidade de Santa
Maria. A caracterização do material está disponível na Tabela 3-2 e a curva
granulométrica do material está disponível na Figura 3.1. Os ensaios de
caracterização do material estão conforme a NBR 7211 (2005).
Tabela 3-2 – Caracterização da Brita 0
Material Brita 0
Módulo de finura 5,75
Diâmetro Máximo Característico (mm)
9,5
Massa Específica (g/cm³)
2,44
Massa unitária (g/cm³)
1,36
Perda por abrasão Los Angeles (%)
11,04
Absorção de água (%)
3,16
37
Figura 3-1 – Curva granulométrica da brita utilizada
O agregado foi peneirado em um peneirador eletromecânico para a obtenção
da massa necessária de cada fração, com exceção no traço onde foi utilizado apenas
brita 0. O agregado foi lavado após o peneiramento e seco em estufa por 24 horas.
3.2.2 Fresado Asfáltico Reciclado
O fresado utilizado como agregado foi proveniente da BR 158, no trecho entre
as cidades de Santa Maria e Itaara. Foi realizado a moldagem de um traço com
substituição de 15% do agregado natural por fresado e outro substituindo 30%. Seu
teor de betume foi obtido a partir do ensaio de Rotarex, conforme a norma DNER-ME
053/94 e o resultado está disponível na Tabela 3-3.
Tabela 3-3 – Resultados do ensaio de Rotarex.
Ensaio Rotarex
Parâmetro Amostra 1 Amostra 2
Peso Inicial 600 600,22
Peso Final 563 562,86
Peso de Betume 37 37,36
Teor de Betume 6,17% 6,22%
Média 6,20%
Por ser um material com alto teor de finos, foi necessário peneirar o material
para evitar o comprometimento da permeabilidade dos corpos de prova. O fresado foi
38
peneirado utilizando o que ficou retido entre as peneiras de abertura 4,75 mm e 9,5
mm.
3.2.3 Aglomerante
O aglomerante utilizado foi o cimento Portland (CP) V – ARI, da marca Itambé.
Foi escolhido este CP devido à facilidade de acesso deste na região de Santa Maria,
além de sua característica de alta resistência inicial ser interessante pois, por ser um
concreto com alta porosidade, havia dúvidas se os corpos de prova possuiriam
consistência suficiente para suportar o próprio peso sem os moldes.
A caracterização do cimento está disponível na Tabela 3-4.
Tabela 3-4 – Caracterização do cimento
Fonte: adaptada de Cimento Itambé (2017)
Por fim, a Tabela 3-5 apresenta um resumo dos traços utilizados neste trabalho.
Tabela 3-5 – Resumo dos traços utilizados.
Traço Brita utilizada Porcentagem de
substituição de agregado po fresado #9,75 mm #6,30 mm #4,75 mm
Ref 1 20% 50% 30% 0
F15 - 1 20% 50% 30% 15%
T0 20% 50% 30% 0%
T15 20% 50% 30% 15%
T30 20% 50% 30% 30%
B0 Conforme curva granulométrica 0%
Onde: Ref 1: traço de referência para a primeira moldagem.
39
F15 – 1: traço utilizado com substituição de 15% da massa de brita por fresado
asfáltico.
T0: traço de referência para a segunda moldagem.
T15 – 2: traço com 15% de substituição de brita por fresado.
T30 -2: traço com substituição de 30% de brita por fresado.
B0: traço composto por brita 0 lavada.
3.3 Moldagem dos corpos de prova
Para garantir a estanqueidade dos corpos de prova, foram moldadas amostras
em PVC, a fim de evitar a percolação de água pelas laterais do corpo de prova durante
o ensaio de permeabilidade. A Figura 3-2 mostra os moldes dos corpos de prova (CPs)
destinados ao ensaio de permeabilidade e a Figura 3-3 os moldes prismáticos
utilizados.
Figura 3-2 – Moldes de PVC
40
Figura 3-3 – Moldes prismáticos
Os corpos de prova foram moldados de maneira análoga à realizada por
Batezini (2013), descrita a seguir:
• Colocar todo o agregado junto com 5% da quantidade total de cimento.
Misturar por 1 minuto.
• Colocar o restante do cimento junto com 90% da quantidade total de
água, sendo o equivalente a uma relação a/c de 0,3. Misturar por 3
minutos.
• Adicionar 10% da água, caso a consistência não esteja adequada.
Deixar a mistura em repouso por 3 minutos
• Misturar por 2 minutos.
Antes de adicionar os 10% de água restante, é realizada uma verificação visual
da consistência do concreto. Para tal, comprime-se uma amostra do concreto na mão
e este deve apresentar uma determinada coesão. Caso não possua, deve-se
adicionar os 10% de água restantes. Em todos os traços, o concreto apresentou falta
de coesão, sendo necessário a colocação de toda a água do traço, resultando na
relação a/c de 0,33. A Figura 3-4 e a Figura 3-5mostram a consistência do concreto
poroso antes e depois da adição da água.
41
Figura 3-4 – Consistência do concreto poroso antes da adição de 10% da água.
Figura 3-5 – Consistência do concreto poroso após a adição de 10% da água.
Os corpos de prova prismáticos foram moldados em 2 camadas, aplicando-se
25 golpes em cada camada. Os cilíndricos foram moldados em 3 camadas, aplicando-
se 15 golpes em cada. Após isso, os CPs foram colocados por 7 segundos em mesa
vibratória.
42
Após a moldagem, as amostras foram levadas nos moldes para câmara úmida
até a data dos ensaios. A desmoldagem dos CPs ocorreu aos 7 dias. A Figura 3-6
mostra os corpos de prova na câmara úmida, após desmoldagem.
Figura 3-6 – Corpos de prova na câmara úmida.
3.3.1 Quantidade de corpos de prova
Os corpos de prova prismáticos possuíam dimensões 10x10x40 centímetros.
Foram moldadas 6 amostras para cada traço realizado, sendo 3 ensaiadas aos 14
dias de idade e as outras 3 aos 28 dias de idade.
Os corpos de prova cilíndricos possuíam dimensões 10x20 centímetros. Foram
moldados 3 corpos de prova por traço. O ensaio de permeabilidade realizado nestes
CPs foi realizado aos 14 dias e 28 dias, com repetição dos corpos de prova, dado que
a permeabilidade é uma propriedade que não varia com a idade do corpo de prova.
3.4 Ensaios realizados
Nesta seção, será abordado sobre a metodologia utilizada em cada ensaio,
bem como normas consideradas e detalhes sobre a realização destes.
3.4.1 Ensaio de Permeabilidade
Como o laboratório não possuía um permeâmetro adequado para os corpos de
prova moldados, foi necessária a elaboração de um permeâmetro que possibilitasse
a realização do ensaio.
43
Primeiramente, o ensaio foi realizado através da colocação de um plástico
sobre o corpo de prova, preso ao molde de PVC por fita plástica. O ensaio consistia
em colocar uma massa de água conhecida sobre o corpo de prova, e cronometrar o
tempo necessário para que a película de água penetrasse no CP. A partir destes
dados, era calculada a taxa de infiltração que percolava o corpo de prova, através da
equação (3-1). Cada corpo de prova foi ensaiado 4 vezes, utilizando 1 kg de água
duas vezes e 2 kg de água nas outras duas vezes.
𝐼 =𝐾∙𝑀
𝑡∙𝐷² (3-1)
Sendo: I = taxa de infiltração (mm/h)
K = constante para conversão de unidades = 4583666000
M = massa de água percolada (kg)
t = tempo necessário para a infiltração da massa M de água (segundos)
D = diâmetro do corpo de prova (mm)
Destaca-se que não houve fuga de água no contato entre o molde e o plástico,
não afetando os resultados. A Figura 3-7 mostra como era o aspecto do molde com o
plástico anexado.
Figura 3-7 – Ensaio de infiltração utilizando plástico anexado ao molde de PVC.
44
O segundo método testado foi de maneira análoga, porém com uma maior
massa de água utilizada. O aumento na quantidade de água utilizada visava reduzir
os erros na medição do tempo durante o ensaio, minimizando a influência da
marcação deste na taxa de infiltração calculada. Para isso, foi necessário utilizar uma
luva de PVC anexa ao molde do corpo de prova, com uma extensão de 20 cm de cano
de PVC. Anexo ao cano foi colocada uma caixa de isopor que possuía a função de
reservatório. A ligação entre o PVC e o isopor foi realizada utilizando silicone, não
ocorrendo percolação lateral de água durante o ensaio. O ensaio consistia no mesmo
procedimento do ensaio anterior, porém, desta vez, era utilizado 5 kg e 10 kg de água
para cada medição. A taxa de infiltração foi calculada pela equação (3-1). O
equipamento utilizado está na Figura 3-8. Cabe ressaltar que estes dois métodos são
baseados na norma americana ASTM C1701– Standard Test Methods for Infiltration
Rate of in Place Pervious Concrete (ASTM, 2009).
Figura 3-8 – Segundo método utilizado para determinação da taxa de infiltração.
Por fim, foi possível a elaboração de dois permeâmetros, um de carga
constante, de acordo com a NBR 13292 (1995) e outro de carga variável, de acordo
com a NBR 14545(2000), porém estes métodos foram utilizados apenas nos corpos
45
de prova moldados com brita 0. O ensaio com permeâmetro de carga variável
consistia em cronometrar o tempo necessário para que a água descesse da marca de
290 mm até 70 mm. A Figura 3-9 mostra o ensaio sendo realizado em um corpo de
prova.
Figura 3-9 – Permeâmetro de carga variável
O ensaio com permeâmetro de carga constante (Figura 3-10) consistia em, com
um tempo pré-determinado, determinar a quantidade de água que percolava através
do corpo de prova durante esse tempo. O aparelho consistia de um reservatório com
um ladrão na parte superior, para manter o nível de água constante, e uma saída de
fundo, aonde o corpo de prova era anexado. Após o CP, havia uma mangueira que
servia para direcionar a água para dentro dos baldes, que era apoiada na borda de
um balde, cuja diferença de cota desta borda para o nível de água de ensaio era
previamente determinada.
46
Figura 3-10 – Permeâmetro de carga constante.
O coeficiente de permeabilidade para o permeâmetro de carga variável é
determinado pela equação (2-7) e para o permeâmetro de carga constante utiliza-se
a equação (2-3).
3.4.2 Ensaio de Resistência à Tração na Flexão
O ensaio de resistência à tração na flexão foi realizado em uma prensa
hidráulica, conforme a NBR 12142 (2010). O ensaio consiste em aplicar uma carga no
corpo de prova conforme a Figura 3-11.
47
Figura 3-11 – Representação do ensaio de resistência à tração na flexão.
Fonte: NBR 12142/2010
A resistência do material é determinada através da equação (3-2).
𝑓𝑐𝑡,𝑓 =𝐹∙𝑙
𝑏∙𝑑² (3-2)
Onde: fct,f= resistência à tração na flexão (MPa)
F = força máxima aplicada pela prensa no momento da ruptura do CP (N)
l = dimensão do vão entre apoios (mm)
b = largura média do CP (mm)
d = altura média do CP (mm)
A Figura 3-12 mostra um corpo de prova durante o ensaio de ruptura.
Figura 3-12 – Ensaio de resistência à tração na flexão.
48
3.4.3 Determinação do Índice de Vazios
A determinação do índice de vazios foi realizada através da determinação do
volume da amostra, da massa seca e da massa submersa do material, através da
equação (2-13). A Figura 3-13 mostra a balança utilizada para a determinação do
volume de vazios.
Figura 3-13 – Pesagem dos CPs para determinação do índice de vazios
49
4 Resultados e análise
4.1 Ensaio de Permeabilidade
O primeiro ensaio de permeabilidade realizado comparou um traço com apenas
agregado natural com um traço que houve a substituição de 15% do agregado natural
por fresado asfáltico. Nestes traços, foi realizado o primeiro ensaio de permeabilidade
descrito na metodologia, onde era determinada a taxa de infiltração que percolava
pelos corpos de prova. Os resultados do ensaio realizado no traço sem fresado está
disponível na Tabela 4-1, e os resultados do ensaio no traço com fresado está
disponível na Tabela 4-2.
Tabela 4-1 – Resultados do ensaio de permeabilidade no traço sem fresado
I (cm/s) Média (cm/s)
Desvio Padrão (cm/s)
Coeficiente de Variação
(%) Agua (kg)
CP 1 CP 2 CP 3
1 1,339 2,252 1,702 1,765 0,362 20,522
2 1,381 2,225 1,690
Traço sem fresado
Tabela 4-2 – Resultados do ensaio de permeabilidade no traço com 15% de fresado.
I (cm/s) Média (cm/s)
Desvio Padrão (cm/s)
Coeficiente de Variação
(%) Agua (kg)
CP 1 CP 2 CP 3
1 2,464 2,072 2,063 2,314 0,212 9,170
2 2,668 2,323 2,296
Traço com fresado
Nota-se que, estes primeiros resultados mostraram o aumento da taxa de
infiltração no traço que possui fresado. Isso deve-se ao fato dos agregados presentes
no fresado estarem revestidos de ligante asfáltico, diminuindo a rugosidade destes e,
consequentemente, diminuindo a perda de carga que ocorre durante a percolação da
água. Foi possível observar também que, para o traço com fresado, houve pouca
diferença no resultado para 1 kg e 2 kg de água. Além disso, os resultados obtidos
foram muito elevados, conforme os resultados obtidos em outros trabalhos. A
comparação entre os dois traços e os valores obtidos no ensaio estão disponíveis na
Figura 4-1.
50
Figura 4-1 – Comparação da taxa de infiltração do traço com e sem fresado.
Assim, para a segunda etapa do trabalho, o ensaio de permeabilidade foi
repensado, já que este não apresentou sensibilidade suficiente para apontar diferença
na taxa de infiltração conforme a variação de líquido percolado.
O segundo ensaio de permeabilidade foi realizado comparando um traço de
referência sem fresado com um traço que houve, novamente, 15% de substituição do
agregado por fresado asfáltico e outro que houve a substituição de 30%. Os resultados
obtidos neste ensaio estão disponíveis na Tabela 4.3. Foi denominado o T0 como o
traço de referência com 0% de fresado, T15 possui 15% de fresado e T30 possui 30%.
51
Tabela 4-3 – Resultados do segundo ensaio de permeabilidade
Traço CP Água (kg)
Tempo (segundos)
Taxa de Infiltração
(cm/s)
Média (cm/s)
Desvio Padrão (cm/s)
Coeficiente de Variação
(%)
T 0
1 5 101,84 0,666
1,048 0,276 26,301
10 187 0,725
2 5 56,499 1,181
10 105,84 1,261
3 5 55,815 1,194
10 105,733 1,260
T 15
1 5 50,423 1,308
1,256 0,125 9,980
10 94,037 1,413
2 5 62,499 1,067
10 113,581 1,170
3 5 53,927 1,237
10 99,231 1,344
T 30
1 5 43,1 1,573
1,244 0,299 24,067
10 81,1 1,672
2 5 63,824 1,046
10 116,692 1,144
3 5 68,341 0,975
10 126,111 1,057
Verificou-se nestes resultados uma diminuição da taxa de infiltração se
comparada ao primeiro ensaio, aproximando-se de valores encontrados por outros
trabalhos. Isso ocorreu pois, como o volume utilizado nesta era maior, foi possível
minimizar os possíveis erros na medição do tempo de infiltração. Notou-se novamente
que os traços com fresado apresentaram uma taxa de infiltração média maior que o
traço de referência, porém a diferença não é significativa o suficiente para afirmar que
o fresado influenciou a maior taxa. A comparação entre os 3 traços, bem como o
resultado para cada amostra, está disponível na Figura 4-2.
52
Figura 4-2 – Comparação da taxa de infiltração entre os traços T0, T15 e T30.
Além disso, os ensaios dos permeâmetros de carga constante e carga variável
foram realizados nos corpos de prova destes traços. O ensaio de carga constante
consistiu em determinar a massa de água que percola através das amostras em um
tempo de 30 segundos. O de carga variável, por sua vez, consistiu em determinar o
tempo em que a lâmina de água sobre o material leva para variar entre duas alturas
pré-determinadas.
Os resultados do ensaio de carga constante estão disponíveis na Tabela 4-4.
A ausência de dados do CP número 2 do traço T30 é explicada devido à fissuração
do molde de PVC que continha a amostra, tornando inviável a análise do ensaio
devido à saída de água através do molde. Os resultados do ensaio de carga variável
nestes traços estão disponíveis na Tabela 4-5.
53
Tabela 4-4 – Resultados do ensaio com permeâmetro de carga constante nos traços T0, T15 e T30.
Tabela 4-5 – Resultado do ensaio com permeâmetro de carga variável nos traços T0, T15 e T30.
A Figura 4-3 compara os três ensaios realizados. Considerando o ensaio de
carga constante, que é recomendado para medir o coeficiente de permeabilidade de
materiais porosos, nota-se que houve um aumento deste coeficiente nos traços que
possuíam fresado. Isso pode ser explicado pela película de ligante asfáltico que
envolve os agregados, que reduz o atrito entre a água e a brita, aumentando a
permeabilidade do material. Por outro lado, ao avaliar o ensaio de carga variável, nota-
se pouca diferença entre os resultados. Isso pode ser explicado pelo fato de que este
permeâmetro é recomendado para materiais menos permeáveis, o que implica em
resultados imprecisos quando utilizado em materiais permeáveis.
Traço CPh1
(cm)
h2
(cm)V1 (cm³) V2 (cm³)
K1
(cm/s)
k2
(cm/s)
Média
amostras
(cm/s)
Média
geral
(cm/s)
Desvio
Padrão
(cm/s)
Coeficiente
de
Variação
(%)
1 28,10 9,50 1308,70 764,70 0,422 0,730 0,576
2 28,10 9,50 1883,80 1295,80 0,597 1,215 0,906
3 28,10 9,50 997,70 666,60 0,317 0,627 0,472
1 28,10 9,50 2002,60 1161,10 0,624 1,071 0,847
2 28,10 9,50 1784,10 878,80 0,562 0,819 0,691
3 28,10 9,50 1191,80 961,90 0,378 0,904 0,641
1 28,10 9,50 1941,10 1518,90 0,625 1,446 1,035
2
3 28,10 9,50 1871,20 1029,70 0,589 0,959 0,774
0,651
0,726
0,905
28,4200,185
0,088
0,130
T0
T15
T30
12,107
14,416
Traço CP L (cm) t1 (s) t2 (s)K1
(cm/s)
K2
(cm/s)
Média
amostras
(cm/s)
Média
geral
(cm/s)
Desvio
Padrão
(cm/s)
Coeficiente
de Variação
(%)
1 20 10,650 10,540 0,631 0,638 0,634
2 20 8,190 8,130 0,821 0,827 0,824
3 20 7,620 7,660 0,882 0,878 0,880
1 20 7,560 7,590 0,889 0,886 0,887
2 20 10,250 10,210 0,656 0,658 0,657
3 20 8,470 8,430 0,794 0,797 0,795
1 20 10,280 10,090 0,654 0,666 0,660
2 20 11,120 11,090 0,604 0,606 0,605
3 20 6,900 6,870 0,974 0,978 0,976
T0
T15
T30
0,779
0,780
0,747
0,129 16,498
14,863
26,804
0,116
0,200
54
Figura 4-3 – Comparação entre ensaios de carga constante e variável.
Ao comparar os resultados obtidos nestes traços com o de Sales (2008),
observa-se que o valor encontrado de Sales (2008) foi muito próximo aos valores
encontrados no ensaio de carga variável.
Por fim, foi realizado o ensaio de permeabilidade nos corpos de prova cujo traço
era composto por brita 0. Primeiramente foi realizado o ensaio conforme o segundo
método apresentado neste trabalho. Os resultados estão disponíveis na Tabela 4-6 e
na Figura 4-4.
Tabela 4-6- Determinação da taxa de infiltração conforme o 2º método.
Traço CP Água (kg)
Tempo médio (s)
Taxa de Infiltração
(cm/s)
Média da amostra (cm/s)
Média geral
(cm/s)
Desvio Padrão (cm/s)
Coeficiente de Variação
(%)
B0
1 5 63,560 1,055
1,097
1,055 0,080 7,588
10 117,685 1,139
2 5 63,420 1,056
1,099 10 117,250 1,142
3 5 71,940 0,933
0,969 10 133,655 1,005
55
Figura 4-4 – Taxa de infiltração do traço com brita 0
Além desse ensaio, foi realizado nestes mesmos corpos de prova o ensaio de
permeabilidade através dos permeâmetros de carga constante e carga variável.
Para o ensaio de carga constante, foi adotado um tempo de 30 segundos como
referência para mensurar o volume de água que passaria pelo CP, para cada altura
de ensaio. Os resultados obtidos neste ensaio estão disponíveis na Tabela 4-7.
Tabela 4-7 – Ensaio de carga constante.
Sendo: hi= diferença de cota entre nível da água na entrada e saída;
Vi = volume de água mensurado após o ensaio, para cada altura;
Ki = condutividade hidráulica calculada para cada altura hi.
A Figura 4-5 mostra os resultados obtidos para cada amostra do ensaio e para
cada diferença de cota.
CPh1
(cm)
h2
(cm)V1 (cm³)
V2
(cm³)
K1
(cm/s)
k2
(cm/s)
Média
amostras
(cm/s)
Média
geral
(cm/s)
Desvio
Padrão
(cm/s)
Coeficiente
de Variação
(%)
1 19,60 10,60 1542,40 948,70 0,703 0,800 0,752
2 19,60 10,60 1567,40 990,60 0,714 0,835 0,774
3 19,60 10,60 1267,50 843,40 0,579 0,712 0,646
7,7460,724 0,056
56
Figura 4-5 – Resultados do ensaio de carga constante.
O ensaio de carga variável consistiu em determinar o tempo necessário para
que a água descesse por um tubo graduado da marca inicial até a final adotada. Os
resultados estão disponíveis na Tabela 4-8 e na Figura 4-6.
Tabela 4-8 – Resultado do ensaio de carga variável
CP t1 (s) t2 (s) K1
(cm/s) K2
(cm/s)
Média amostras
(cm/s)
Média Geral (cm/s)
Desvio Padrão (cm/s)
Coeficiente de Variação
(%)
1 36,195 35,505 0,785 0,800 0,792
0,7351 0,0411 5,594 2 40,000 39,535 0,710 0,718 0,714
3 40,785 40,445 0,696 0,702 0,699
Figura 4-6 – Resultados do ensaio de carga variável.
0,703 0,714
0,579
0,8000,835
0,712
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
CP 1 CP 2 CP 3
Co
efic
ien
te d
e P
erm
eab
ilid
ade
(cm
/s)
Ensaio de carga constante - Traço B0
K1 K2
0,7850,710 0,696
0,800
0,718 0,702
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
CP 1 CP 2 CP 3Co
efic
ien
te d
e P
erm
eab
ilid
ade
(cm
/s)
Ensaio de carga variável - Traço B0
K1 K2
57
Ao comparar os três ensaios, verifica-se que os ensaios realizados com os
permeâmetros apresentaram médias muito próximas, além de valores próximos ao
encontrado nos ensaios dos traços utilizando fresado asfáltico. Essa comparação é
feita na Figura 4-7. Ao comparar os métodos de ensaio, nota-se que o resultado obtido
por BATEZINI (2013) foi muito inferior ao encontrado no permeâmetro de carga
constante, por outro lado, o valor encontrado por SALES(2008) foi próximo ao valor
do ensaio de carga variável.
Figura 4-7 – Comparação entre ensaios de permeabilidade – Traço B0.
Assim, é possível afirmar que os ensaios realizados com permeâmetro
apresentaram resultados mais plausíveis, se comparado aos ensaios utilizados para
determinar a taxa de infiltração. Ao comparar os métodos (condutividade hidráulica x
taxa de infiltração), verifica-se que os valores calculados para o coeficiente de
permeabilidade foram cerca de 30% menores. Isso deve-se ao fato de que, o ensaio
utilizado para determinar a taxa de infiltração, foi uma adaptação de um ensaio de
campo. O fluxo de água que passava pelo corpo de prova durante o procedimento em
laboratório era praticamente unidirecional, diferente do que acontece em campo, onde
há um fluxo tridimensional.
0,724 0,735
1,055
0,140
0,790
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
CargaConstante
CargaVariável
Taxa deInfiltração
Batezini(2013)
Sales(2008)
Coe
ficie
nte
de
Pe
rme
ab
ilida
de
(cm
/s)
Ensaios
Coeficiente de Permeabilidade (cm/s)
58
Além disso, é possível concluir, ao comparar o resultado obtido nos traços T0,
T15, T30 e B0, que o uso de fresado resultou em economia de material pétreo, uma
vez que a permeabilidade do material pouco variou, em ambos casos.
4.2 Ensaio de Resistência à Tração na Flexão
Os corpos de prova utilizado neste ensaio foram rompidos aos 28 dias de idade.
Os resultados do ensaio de tração na flexão realizado nos primeiros traços (sem
fresado e com fresado) está disponível na Tabela 4-9 e na Figura 4-8.
Tabela 4-9 – Resultados de resistência dos CPs
traço Cp F (Kgf) Fct
(MPa) Média (MPa)
Desvio Padrão (MPa)
Coeficiente de Variação
(%)
sem fresado
1 800 2,562
2,537 0,041 1,629 2 780 2,571
3 760 2,479
com fresado
1 920 3,131
2,815 0,429 15,233 2 960 3,105
3 680 2,208
Figura 4-8 – Resultado do ensaio de tração na flexão, traço com e sem fresado.
Através destes dados, foi possível verificar que os corpos de prova sem fresado
apresentaram resistência cerca de 10% menor que os CPs com fresado. Essa
2,562 2,571 2,479
3,131 3,105
2,208
2,0
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
CP 1 CP 2 CP 3 CP 1 CP 2 CP 3
sem fresado com fresado
Resis
tên
cia
à T
raçã
o n
a F
lexã
o (
MP
a)
Corpos de Prova
Resistência à tração na flexão
Resistência à tração na flexão (MPa) NBR 16416
59
diferença não é significativa o suficiente para afirmar que o fresado melhorou a
resistência do concreto poroso. Nota-se que todos os corpos de prova apresentaram
resistência superior à exigida pela NBR 16416 (2015).
Os resultados dos ensaios realizados na 2ª etapa estão disponíveis na Tabela
4-10 e na Figura 4-9.
Tabela 4-10 – Resultados dos traços T0, T15 e T30
Traço CP F (kgf) Fct
(MPa) Média (MPa)
Desvio Padrão (MPa)
Coeficiente de Variação
(%)
T 0
1 880 2,993
3,136 0,111 3,551 2 960 3,264
3 930 3,151
T 15
1 600 2,072
2,577 0,359 13,922 2 830 2,788
3 840 2,871
T 30
1 800 2,798
2,798 0,180 6,431 2 880 3,018
3 770 2,577
Figura 4-9 – Resultado do ensaio de tração na flexão, traço T0, T15 e T30.
Neste caso, a resistência dos traços que possuíam percentual de fresado foi
inferior ao traço de referência (T0), sendo as resistências obtidas pelo traço com 15%
2,9933,264 3,151
2,072
2,788 2,871 2,7983,018
2,577
2,0
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
CP 1 CP 2 CP 3 CP 1 CP 2 CP 3 CP 1 CP 2 CP 3
T0 T15 T30
Re
sis
tên
cia
à T
raçã
o n
a F
lexã
o (
MP
a)
Resistência à tração na flexão
Resistência à tração na flexão (MPa) NBR 16416
60
de substituição e 30% muito parecidas. Considerando que a NBR 16416 (2015) exige
que um pavimento permeável apresente pelo menos 2 MPa de resistência à tração na
flexão, é possível afirmar que o uso de fresado é viável, já que este pouco modificou
a resistência do concreto. O principal benefício dessa substituição de brita por fresado
asfáltico é a redução do impacto ambiental produzido na produção do concreto, não
necessitando de tanta matéria prima virgem.
Por fim, foi realizado este ensaio para o traço composto por brita 0, cujos
resultados estão disponíveis na Tabela 4-11 e na Figura 4-10.
Tabela 4-11 – Resultado do traço com brita 0.
Cp F
(kgf) Fct
(MPa) Média (MPa)
Desvio Padrão (MPa)
Coeficiente de Variação (%)
1 960 3,223
3,503 0,450 12,848 2 1060 3,264
3 1200 4,022
Figura 4-10 – Resultado do ensaio de tração na flexão, traço com brita 0
Observa-se que o traço composto por brita 0 foi o que apresentou maior
resistência, atingindo uma média de 3,5 MPa aos 28 dias. Isso deve-se ao fato de,
como não houve o peneiramento do material antes da moldagem, a granulometria do
traço ser melhor graduada que a dos outros traços, havendo o preenchimento dos
vazios existentes entre as partículas maiores do material pelas partículas menores.
3,223 3,264
4,022
2,0
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
CP 1 CP 2 CP 3
Resis
tên
cia
à T
raçã
o n
a F
lexã
o
(MP
a)
Corpos de Prova
Resistência à Tração na Flexão
Resistência à tração na flexão NBR 16416
61
4.3 Índice de Vazios
A relação do índice de vazios foi determinada para os traços realizados a partir
da 2ª etapa do trabalho.
A relação do índice de vazios médio com a resistência à tração na flexão média
dos traços T0, T15 e T30 estão disponíveis na Figura 4-11.
Figura 4-11 – Relação entre índice de vazios x resistência à tração na flexão dos traços T0, T15 e T30.
É possível observar que, conforme esperado, o traço que possuiu maior índice
de vazios apresentou também a menor resistência. No entanto, a taxa de infiltração
apresentado pelo T15 foi a maior,
Comparando a relação entre taxa de infiltração e índice de vazios, o traço T15
apresentou maior taxa de infiltração, devido ao maior volume de vazios. Para os traços
T0 e T30, é possível observar que seus volumes de vazios são muito próximos. No
entanto, a taxa de infiltração obtida no T30 foi cerca de 18% maior. Isso deve-se aos
agregados revestidos por ligante asfáltico provenientes do fresado que, por estarem
com sua superfície envolta de CAP, apresentam menor rugosidade, o que provocou
uma menor perda de carga durante o ensaio. Estes resultados estão disponíveis na
Figura 4-12.
3,136
2,577
2,798
0,165 0,239 0,180
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
T0 T15 T30
Relação Índice de Vazios x Resistência à Tração na Flexão
Resistência à tração na flexão (MPa) Índice de Vazios
62
Figura 4-12 – Relação entre taxa de infiltração e índice de vazios dos traços T0, T15 e T30.
A Figura 4-13 mostra o índice de vazios dos corpos de prova prismáticos junto
com a resistência obtida nestes para o traço com brita 0. Verificou-se que o CP com
menor volume de vazios apresentou a maior resistência, conforme esperado.
Figura 4-13 – Relação índice de vazios x resistência para traço com brita 0.
1,048
1,256 1,244
0,1650,239
0,180
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
T0 T15 T30
Relação Índice de Vazios x Taxa de Infiltração
Taxa de Infiltração (cm/s) Índice de Vazios
3,223 3,264
4,022
0,210 0,181 0,165
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
CP 1 CP 2 CP 3
Relação Índice de Vazios x Resistência à Tração na Flexão
Resistência à Tração na Flexão (MPa) Índice de Vazios
63
4.4 Comparação entre os traços.
Por fim, os resultados dos traços T0, T15, T30 e B0 foram comparados, o que
está disponível na Figura 4-14.
Figura 4-14 – Resultados médios dos traços T0, T15, T30 e B0.
Assim, é possível verificar que o traço estudado que apresentou maior
resistência foi o composto por apenas brita 0. Contudo, a ideia de utilização de fresado
nesse tipo de material deve ser considerada, uma vez que a resistência obtida foi
superior à mínima exigida pela norma e a permeabilidade do material pouco variou,
ao analisar os resultados dos ensaios de carga constante e variável.
3,136
2,5772,798
3,503
0,651 0,726
0,905
0,7240,779
0,780
0,7470,735
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
T0 T15 T30 B0Traços
Resultados médios dos ensaios realizados nos traços T0, T15, T30 e B0
Resistência à tração na flexão (MPa)
Carga Constante (cm/s)
Carga Variável (cm/s)
64
5 Conclusões
A partir dos resultados obtidos, é possível concluir que:
• É possível utilizar a adaptação dos permeâmetros de carga constante e
variável utilizados em solos para determinar o coeficiente de permeabilidade
de concretos permeáveis, mesmo este sendo um material muito permeável.
O resultado obtido em ambos ensaios foi parecido, portanto, o permeâmetro
de carga variável, que é recomendado para determinar a condutividade
hidráulica de solos pouco permeáveis, pode ser utilizado neste material.
• Os resultados dos ensaios de taxa de infiltração apresentaram valores
elevados, ao comparar com resultados de outros autores.
• O índice de vazios do material afetou diretamente tanto a resistência como
a permeabilidade do material.
• É possível utilizar concreto poroso não só em vias de tráfego leve, como
também em ruas que exijam maior resistência do pavimento, desde que a
estrutura do pavimento (base e sub-base) seja dimensionada para este tipo
de revestimento. No traço com brita 0, por exemplo, foi obtida uma
resistência média de 3,50 MPa, superior aos 2 MPa que a NBR 16416 exige
para pavimentos permeáveis.
• Não foi possível determinar com precisão a influência do fresado na
resistência e na permeabilidade, devido à heterogeneidade desse tipo de
material. Contudo, os resultados obtidos dos traços com e sem resíduo
pouco divergiram, sendo possível a utilização de fresado visando reduzir o
impacto ambiental causado na produção do concreto, através da redução
do uso de matéria prima virgem.
• O uso de brita 0, sem peneirar, apresentou resultados satisfatórios tanto no
quesito mecânico quanto hidráulico. Este resultado serve como incentivo
para a indústria a começar a utilizar este tipo de pavimento em áreas
urbanas, já que é possível executar este tipo de revestimento com um
material comercial.
65
6 Referências
ACIOLI, L. Estudo experimental de pavimentos permeáveis para o controle
do escoamento superficial na fonte. [Dissertação de Mestrado] Universidade
Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, 2005.
ARAÚJO, P. DE; TUCCI, C.; GOLDENFUM, J. Avaliação da eficiência dos
pavimentos permeáveis na redução de escoamento superficial. Revista Brasileira de
Recursos Hídricos, v. 5, p. 21–29, 2000.
ASTM C1701 / C1701M-17a, Standard Test Method for Infiltration Rate of In
Place Pervious Concrete, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2017
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNIAS. NBR 13292:
Determinação do Coeficiente de Permeabilidade de Solos Granulares à Carga
Constante.Rio de Janeiro - RJ, 1995.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNIAS. NBR 14545 -
Determinação do Coeficiente de Permeabilidade de Solos Argilosos à Carga
Variável.Rio de Janeiro - RJ, 2000.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNIAS. NBR 7211 - Agregados
para Concreto - Especificação.Rio de Janeiro - RJ, 2005.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNIAS. NBR 12142: Concreto
- Determinação da resistência à tração na flexão de corpos de prova
prismáticos.Rio de Janeiro - RJ, 2010.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNIAS. NBR 16416:
Pavimentos Permeáveis de Concreto - Requisitos e Procedimentos.Rio de
Janeiro - RJ, 2015.
BATEZINI, R. Estudo Preliminar De Concretos Permeáveis Como
Revestimentos de Pavimentos para Áreas de Veículos Leves. [s.l.] Escola
Politécnica da Universidade de São Paulo, 2013.
CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações -. 1. ed. Rio de
Janeiro - RJ: LTC, 1988.
CIMENTO ITAMBÉ. Balsa Nova, 2017, disponível em:
http://www.cimentoitambe.com.br/ , acesso em 09 fev. 2017.
COLLINS, K. A.; HUNT, W. F.; HATHAWAY, J. M. Hydrologic and Water Quality
Evaluation of Four Permeable Pavements in North Carolina, USA. Journal of
Hydrologic Engineering, v. 13, p. 1146–1157, 2008.
66
CORREA, A. L. Procedimentos de Projeto e Execução de Pavimentos
Permeáveis Visando Retenção e Amortecimento de Picos de Cheias. Ecological
Engineering, v. 37, n. 3, p. 1–191, 2009.
COSTA, A. R.; SIQUEIRA, E. Q.; MENEZES FILHO, F. C. M. Águas Pluviais
Urbanas - Curso Básico de Hidrologia Urbana. Guia do profissional em treinamento
- Recesa- Brasília, p. 1–133, 2007.
DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM (DNER).
DNER-ME053-94: Misturas betuminosas - percentagem de betume. . 1994, p. 5.
EPA, U. S. Reducing Urban Heat Islands: Compendium of Strategies. Heat
Island Reduction Activities, p. 1–23, 2008.
HÖLTZ, F. DA C. Uso de concreto permeável na drenagem urbana: análise da
viabilidade técnica e do impacto ambiental. p. 118, 2011.
KNAPTON, J. A New Design Method for Permeable Pavements Surfaced with
Pavers. Highway Engineer, 2002.
MASCARÓ, J. J. a Infraestrutura Verde Como Estratégia de Sustentabilidade
Urbana. Encontro Nacional de Tecnologia e Ambiente Construído, n. 1, p. 962–
969, 2012.
OLEK, J. et al. Development of Quiet and Durable Porous Portland Cement
Concrete Paving Materials. Department of Transportation, Washington, DC.
University Transportation Centers Program. Report: SQDH-2003-5, p. 181-, 2003.
PEREIRA, E. Joint World Congress on Groundwater 1. n. 85, p. 1–17, 1984.
PORTE, C. S. Utilização de fresado asfáltico na produção de concreto
drenante. Trabalho de Conclusão de Curso, Universidade Federal de Santa Maria,
2017. 66 p.
QUADRELLI, A. C. Desenvolvimento de Composição de Concreto Permeável
com Agregados Oriundos de Fresados Asfálticos. Anais do V Encontro de Iniciação
em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – ISSN 2237-0420, 2015.
R. Baborsa Júnior, A. Elementos de Hidrologia Aplicada. p. 56–64, [s.d.].
R. Barbosa Júnior, A. Escoamento Superficial. p. 92–155, [s.d.].
REZENDE, O. M. Manejo sustentável de águas pluviais: uso de paisagens
multifuncionais em drenagem urbana para controle das inundações. p. 1–104, 2010.
SALES, T. L. DE. Pavimento permeável com superfície em blocos de concreto
de alta porosidade. p. 173, 2008.
67
SANTOS, J. R. Determinação do traço e caracterização da resistência de
um concreto drenante. Trabalho de Conclusão de Curso, Universidade Federal de
Santa Maria, 2017, 79 p.
SILVEIRA, A. L. L. Pré-Dimensionamento Hidrológico de Pavimentos
Permeáveis e Trincheiras de Infiltração. n. November, p. 11, 2003.
SPECHT, L. P.; KOHLER, R. Avaliação do ruído através do SPBI ( Statistical
Pass-By Index ) em diferentes pavimentos. 2009.
TENNIS, P. D.; LEMING, M. L.; AKERS, D. J. Pervious Concrete Pavements.
[s.l: s.n.].
TUCCI, C. Hidrologia - Ciência e Aplicação. 4. ed. [s.l: s.n.].
TUCCI, C. Plano Diretor De Drenagem Urbana De Campo Grande. v. VI, p. 1–
39, 2005.
TUCCI, C. E. M. Águas Urbanas. Estudos Avançados, v. 22, n. 63, p. 97–112,
2008.
UDFCD, U. D. AND F. C. D. Urban 3 storm drainage. [s.l: s.n.].
