DESENVOLVIMENTO DE COMPOSIÇÃO DE CONCRETO PERMEÁVEL COM AGREGADOS ORIUNDOS DE RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO CIVIL DA REGIÃO DE CAMPINAS

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1 DESENVOLVIMENTO DE COMPOSIÇÃO DE CONCRETO PERMEÁVEL COM AGREGADOS ORIUNDOS DE RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO CIVIL DA REGIÃO DE CAMPINAS Katrine Krislei Pereira Engenharia Civil CEATEC Resumo: Visando contribuir para o manejo de águas e destinação de resíduos esta pesquisa consistiu num estudo de composição de concreto permeável para fins de pavimentação urbana de tráfego leve, elaborada a partir da substituição do agregado graúdo natural pelo agregado proveniente de Resíduos de Construção e Demolição (). O utilizado nesse estudo é oriundo da região de Campinas-SP. As composições de concreto elaboradas consistiram em composições com agregados graúdos naturais, denominadas de composição de referência e composições com substituição parcial de 10%, 20% e 40% do agregado graúdo pelo reciclado de, variando a relação (a/c) água/cimento em ambos os casos, de 0,3 a 0,5. Foram realizados ensaios para a determinação das propriedades mecânicas do concreto tais como os ensaios de resistência à compressão uniaxial, resistência à tração por compressão diametral, resistência à tração na flexão e de impacto; foram determinadas a permeabilidade de cada composição de concreto com uso de um permeâmetro de carga constante assim como os parâmetros que caracterizam o concreto permeável, como o índice de vazios e massa específica do concreto fresco e do endurecido. Os resultados obtidos mostraram boa correlação quando comparados com os existentes na literatura. Os concretos permeáveis com substituição parcial apresentaram bons índices de condutividade hidráulica, porém os valores obtidos de resistência à compressão foram inferiores àqueles obtidos pelo concreto permeável elaborado com agregados natural. Palavras-chave: Concreto permeável,, Sustentabilidade. Monica Pinto Barbosa Tecnologia do Ambiente Construído CEATEC monica.barbosa@puc-campinas.edu.br 1. INTRODUÇÃO A construção civil é a base do crescimento e desenvolvimento das cidades, e para tanto a indústria da construção consome anualmente grande volume de materiais e recursos naturais, além de gerar resíduos impactando, assim, diretamente no meio ambiente. Somados à crescente geração de resíduos, observa-se forte crescimento populacional com significativa aglomeração nos centros urbanos, que cria regiões de pouca ou nenhuma permeabilidade. A ausência de áreas permeáveis contribui de forma significativa para o aumento dos picos de descarga pluviais nos corpos hídricos, que inevitavelmente transbordam e causam danos. Dentre os dispositivos que procuram devolver ao solo as condições originais de escoamento está o concreto permeável, que é caracterizado por ser um concreto com alto índice de vazios interligados, preparado com pouca ou nenhuma areia, o que permite a passagem desobstruída de grandes quantidades de água. Quando utilizado em áreas externas captura as águas pluviais, permitindo que a infiltração ocorra diretamente no solo. É um material composto por ligante hidráulico, material britado de graduação uniforme, água e pouca ou nenhuma quantidade de agregado miúdo. Esta pesquisa visou o desenvolvimento e a posterior avaliação da composição de concreto permeável com substituição parcial de resíduos de construção civil (). Os resíduos utilizados nesta pesquisa são classificados segundo o CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) como resíduos de Classe A, ou seja, aqueles provenientes de construções, reformas, reparos e demolições de obras de construção civil, entre outros. A Figura 1 ilustra os resíduos utilizados na pesquisa. Área do Conhecimento: Engenharia Civil Estruturas

2 Figura 1. Resíduo utilizado. 2. RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO Os resíduos gerados atualmente atingem volumes expressivos e não recebem solução adequada, impactando o ambiente urbano. Os s têm duas fontes de geração, uma é gerada pela própria construção a outra pela demolição de construções. Em muitos casos, quando não ocorre um tratamento adequado ou uma destinação final para os s, eles acabam sendo levados para aterros sanitários, ou simplesmente são colocados em bota-foras ilegais, onde acabam acumulando-se por vários anos ou mesmo por décadas até formar terrenos artificiais aparentemente estáveis. Sua utilização no concreto com substituição parcial ou total vem crescendo em âmbito internacional e no Brasil. 3. CONCRETO PERMEÁVEL O termo concreto permeável é usado para designar os concretos com altos índices de vazios interligados entre si, que permitem a passagem dos fluidos, resultado em uma elevada permeabilidade. Para se obter essa configuração, normalmente não se usa em sua composição o agregado miúdo, sendo empregado em sua moldagem apenas o cimento, a água e o agregado graúdo. Com isso, tem-se uma elevada relação agregado/pasta, o que proporciona uma economia de cimento e o contato grão a grão. Segundo [1] os concretos permeáveis apresentam o índice de vazios variando entre 15 a 20% e uma capacidade de percolação na ordem de 200l/m 2 /min. O grau de permeabilidade desse tipo de concreto é suficiente para deixar passar todo o fluxo precipitado de grande parte dos eventos de precipitação, praticamente anulando o escoamento superficial [2]. A forma correta de avaliar o desempenho de um pavimento permeável e garantir que ele irá contribuir com a diminuição do escoamento superficial de água, problema típico de áreas impermeáveis, é medindo a velocidade de infiltração de um volume conhecido de água, ou seja, determinando-se o seu coeficiente de permeabilidade que indica a velocidade de infiltração de água no solo, referida em m/s. É um concreto utilizado principalmente em estacionamento e áreas com pouco tráfego por garantir a permeabilidade do pavimento. A velocidade de infiltração de água depende da porosidade do concreto e as características da camada de assentamento, da sub-base, da base e do próprio subleito ou do sistema de drenagem. A norma [1] estabelece como valor mínimo para o concreto permeável um coeficiente de permeabilidade (k) de 1, m/s. A principal diferença entre o concreto convencional e o poroso é o índice de vazios deste último. A quantidade de pedra, areia, cimento e água variam de acordo com a resistência que se busca ter no concreto. Quanto maior a resistência que se procura, menor será a permeabilidade. 4. MATERIAIS E MÉTODOS Na realização dos ensaios de propriedades mecânicas, de permeabilidade e ao impacto foram utilizados corpos de provas cilíndricos de 10x20 cm e prismáticos de 15x15x50 cm e 30x30x7cm, respectivamente. Foram estudadas no total seis diferentes composições de concreto permeável, variando o tipo de agregado graúdo, as proporções de substituição parcial em 10%, 20% e 40% do agregado natural pelo resíduo de construção e demolição (), com uma relação água/cimento (a/c) de 0,3 e posteriormente, variando a relação a/c de 0,3 para 0,5. Foram elaboradas composições, sendo uma de referência e outra com substituição de 20% de Caracterizações dos materiais Nos procedimentos de britagem e peneiração, foram utilizados um britador elétrico para a britagem, um peneirador elétrico com aberturas de 9,5 mm, 6,3 mm e 4,8 mm. Para o foi determinado previamente o índice de absorção de água. Os agregados graúdos, de origem basáltica, tiveram diâmetro máximo variando de 4,8 mm a 9,5 mm. O cimento utilizado foi o CPV-ARI. No concreto permeável produzido, utilizou-se a água distribuída pela rede pública de abastecimento de água potável da cidade de Campinas-SP, a qual obedeceu as recomendações da Norma Técnica Brasileira [3]. O utilizado foi oriundo da região da cidade de Campinas-SP. A Tabela 1 apresenta suas características principais.

3 Tabela 1. Caracteristicas do Característica Unidade Valor Módulo de finura - 1,552 Diâmetro máximo mm 19 Massa unitária seca g/cm³ 1,258 Massa específica g/cm³ 1,930 Índice de Absorção % 2, Dosagens dos concretos permeáveis Como ponto de partida foi definido a dosagem adotada no estudo realizado por [4]. Na primeira fase foram realizadas as misturas designadas por M1, M2, M3 e M4, e na segunda fase foram realizadas as misturas designadas por M5 e M6. Na Tabela 2 são apresentadas as seis misturas avaliadas, assim como o resumo das proporções de agregados graúdos utilizados nas respectivas moldagens segundo sua granulometria. A letra M seguida da numeração de 1 a 6 designa o número da dosagem. Em seguida vem a sigla do resíduo se utilizado. A Tabela 2 apresenta as proporções de agregados utilizados nas respectivas moldagens. O consumo de cimento e agregado utilizados foram de 400 Kg/m³ e 1660 Kg/m³, respectivamente, significando uma proporção de cimento/agregado de 1:4,15. Tabela 2. Proporções utilizadas de agragados mm os corpos de prova cilíndricos. Cada amostra teve 1 corpo de prova cilíndrico utilizado para o ensaio de permeabilidade. As Figuras 2 e 3 ilustram os corpos de prova prismático e cilíndrico utilizados nos ensaios e a Figura 4 mostra a passagem da água pelo mesmo. Figura 2. Corpos de prova prismáticos e cilíndricos. Figura 3. Corpos de prova cilíndricos. Mistura Substituiç ão (%) do agregado natural % 9,5 a 6,3 mm (natural) % 9,5 a 6,3 mm () % 6,3 a 4,8 mm (natural) % 6,3 a 4,8 mm () a/c M ,3 M2 C/ M3 C/ M4 C/ , , ,3 M ,5 M6 C/ , Moldagens dos corpos de prova Foram moldados um total de 52 corpos de prova na primeira etapa da pesquisa, sendo para cada tipo de mistura, 12 cilíndricos e 1 prismático. Na segunda etapa, um total de 26 corpos de provas foram moldados, sendo para cada tipo de mistura 12 cilíndricos, 1 prismático e 2 placas para o ensaio de impacto. As dos corpos de prova prismáticos referentes ao ensaio de tração na flexão foram de 150x150x500 mm, de 300x300x70 mm para o ensaio de resistência ao impacto e de 100 x 200 Figura 4. Passagem da água pelo corpo de prova do concreto permeável. 5. ENSAIOS DE PROPRIEDADES MECÂNICAS. Foram realizados, de acordo com as recomendações das normas brasileiras (NBR) [5, 6 e 7], os ensaios de resistência à tração na flexão, resistência à tração indireta por compressão diametral e resistência à compressão uniaxial, respectivamente Ensaio de resistência à tração na flexão

4 O ensaio de resistência à tração na flexão foi realizado segundo a norma [5]. A Figura 5 ilustra o referido ensaio. placa de concreto permeável, por onde se induzia a queda livre de uma esfera de massa 1530g sobre um corpo de prova prismático de dimensões 30x30x7cm, posto sobre uma superfície de borracha. O dano causado em cada impacto foi medido pelo diâmetro médio da região impactada. O ensaio acaba quando for determinada a primeira fissura ou quando atingir a altura máxima. A resistência ao impacto é determinada em função da energia necessária para gerar a primeira fissura na face superior do corpo-de-prova. A Figura 8 ilustra o ensaio em questão. Figura 5. Ensaio de resistência à tração por flexão Ensaio de resistência à tração indireta por compressão diametral O ensaio de resistência à tração indireta por compressão diametral obedeceu a [6]. As Figura 6 ilustra o ensaio em questão. Figura 8. Equipamento usado no ensaio de resistência ao impacto. Figura 6. Ensaio de resistência à tração por compressão axial Ensaio de resistência à compressão uniaxial O ensaio de compressão uniaxial foi realizado segundo as determinações da norma [7] e está ilustrado na Figura 7. Figura 7. Ensaio de resistência à compressão Ensaio de resistência ao impacto O ensaio de resistência ao impacto foi adaptado da norma [8]. Para a realização desse ensaio utilizouse um tubo guia de 4,40 de altura o qual possuía marcações de 20 em 20 cm a partir da face da 6. ENSAIO DE PERMEABILIDADE Para realização dos ensaios de permeabilidade foi utilizado um permeâmetro de carga constante O equipamento tem na base inferior uma base metálica onde é posicionado o corpo de prova cilíndrico. Para evitar a perda de água nas laterais, a amostra foi revestida com manta asfáltica. O espaço entre a amostra revestida e a parede interna do equipamento foi preenchido por parafina, de modo a garantir a passagem da água apenas pelo corpo de prova. O fluxo de água era aberto até que fosse liberado o ar das mangueiras de entrada e saída do permeâmetro. A altura da coluna d'agua era fixa para manter o nível d'agua constante. Em seguida, a água era armazenada em um recipiente até que se atingisse a marcação do recipiente, cronometrando o tempo de armazenamento. Ao final, a água armazenada era pesada para determinar o seu volume. 7. Determinação de índice de vazios O Índice de vazio foi determinado através do peso seco e do peso submerso de cada amostra. A determinação do Índice é obtida através da fórmula: V r = (1 W 2 W 1 ρ w.v ) (1) Onde:

5 V r : índice de vazios; W 1 : peso submerso (kg); W 2 : peso seco (kg); V : volume da amostra (m³); ρ w : massa específica da água (kg/m³); 8. Resultados e Conclusões 8.1. Determinação da resistência à compressão. Na Figura 9 são apresentadas as resistências à compressão axial em função da idade obtido aos 7, 14 e 28 dias das quatro primeiras composições realizadas com fator a/c =0,3 e em seguida, na Figura 10 é apresentada a evolução da resistência à compressão para as composições referências e com 20% de substituição, porém com fatores a/c diferentes. M3 para a concretagem da segunda etapa. Já na segunda etapa, foram realizados duas novas misturas, M5 e M6, onde M5 é a mistura de referência, e M6 é a mistura com 20% de, ambas com relação a/c de 0,5. Nota-se que a resistência obtida para as misturas com relação a/c de 0,5 é bem superior que as misturas com relação a/c igual a 0,3, não obedecendo a Lei de Abrams. Além disso, observa-se que na segunda etapa, das misturas com o aumento da relação a/c, o M6, que é a mistura com, continua tendo o seus resultados próximos da mistura de referência M5, assim como os valores do M3 se aproximam da resistência da mistura de referência M1. Ou seja, as misturas M1 em relação a M3 e a mistura M5 em relação a M6, mesmo com a relação a/c diferentes, mantém o mesmo comportamento Determinação de resistência à tração Os ensaios de resistência à tração por compressão diametral foram realizados somente aos 28 dias. A Figura 11 mostra os resultados obtidos de cada ensaio em função do tipo de concreto estudado. Figura 9. Resistências à compressão dos corpos de prova com a/c = 0,3. Figura 10. Resistências à compressão dos concretos referências e das misturas com 20% de. Observa-se que na primeira etapa, a mistura de referência M1 apresentou resistência proeminente aos 7 dias, porém aos 28 dias todas as misturas apresentaram resistências à compressão similares. Nota-se que a mistura M3, que é a mistura com 20% de, apresentou à partir dos 14 dias valores de resistências à compressão muito próximas da mistura de referência M1. Devido ao melhor equilíbrio entre as características mecânicas e de condutividade hidráulica, adotou-se a mistura Figura 11. Resistência à tração por compressão diametral aos 28 dias. Verifica-se que o maior valor de resistência à tração por compressão diametral foi obtido pela mistura M5. Além disso, nota-se que houve, nas misturas com relação a/c de 0,3, na resistência à tração indireta por compressão diametral um crescente aumento de resistência diretamente proporcional a substituição de, atingindo, na mistura M4 (40% de ), resistência de valor semelhante a mistura de referência M Determinação da condutividade hidráulica Os resultados de condutividade hidráulica estão apresentados na Tabela 2. Na Figura 11 estão relacionados a média dos valores para as seis composições estudadas, quer seja com a sem resíduos. Na Figura 12 comparamos as

6 composições referências (M1 e M5) e as composições com 20% de, porém com fatores água/cimento distintos. Tabela 2. Condutividade hidráulica (cm/s) Coeficiente de Condutividade Hidráulica (cm/s) M1 M2 C/ Composições dos concretos a/c = 0,3 a/c = 0,5 M3 C/ M4 C/ M5 M6 C/ 0,125 0,120 0,124 0,122 0,109 0,104 Figura 12. Condutividade hidráulica aos 28 dias de todas as misturas. Figura 13. Condutividade hidráulica aos 28 dias das composições sem resíduos e com 20% de. Analisando os resultados de condutividade hidráulica, nota-se que as misturas com a/c de 0,3 possuem a condutividade hidráulica superior em relação às misturas de a/c de 0,5. Observa-se que a variação entre a mistura de referência e a mistura com 20% é bem maior quando temos a relação a/c de 0,5 ao compararmos com a relação a/c de 0,3. Observamos assim que com o aumento da a/c temos uma maior variação entre a condutividade hidráulica entre os concretos de referência e os concretos com. 9. CONCLUÇÕES A utilização de agregado reciclado em concretos permeáveis para pavimentos de concreto de tráfego leve mostrou uma opção viável em substituição aos agregados naturais. A mistura com 20% de foi a que apresentou o melhor desempenho para a resistência à compressão e pela condutividade hidráulica alcançada; As misturas com relação a/c de 0,3 apresentaram melhor condutividade hidráulica e maior índice de vazios quando comparadas com as misturas com relação a/c igual a 0,5, ou seja, quanto maior a relação a/c menor a condutividade hidráulica e menor o índice de vazios; Os melhores desempenhos de resistência à compressão foram alcançados pelas misturas com relação a/c de 0,5. Embora obtivessem menor índice de vazios e consequentemente menor condutividade hidráulica. Este resultado confirma resultados obtidos por outras pesquisas na área. REFERÊNCIAS [1] American Concrete Institute. Pervious concrete. Aci 522r-06. Michigan, [2] Lamb, G. S.. Desenvolvimento e análise do desempenho de elementos de drenagem fabricados em concreto permeável pg. Dissertação de mestrado, UFRGS Porto Alegre, [3] Associação Brasileira De Normas Técnicas: NBR : Água para amassamento do concreto- requisitos, Rio de Janeiro, [4] Batezini, R., Estudo preliminar de concretos permeáveis como revestimento de pavimentos para áreas de veículos leves, dissertação (mestrado em engenharia de transportes) EPUSP, São Paulo, 2013, pp [5] Associação Brasileira De Normas Técnicas: NBR 12142: Concreto - Determinação da resistência a tração na flexão em corpos-de-prova prismáticos. (ABNT, 2010), Rio de Janeiro, [6] Associação Brasileira De Normas Técnicas: NBR 7222: Concreto e argamassa Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos de prova cilíndricos. (ABNT, 2011), Rio de Janeiro, [7] Associação Brasileira De Normas Técnicas: NBR 5739: ensaios de compressão em corpos-deprova cilíndricos, (ABNT 2007), Rio de janeiro, 2007 [8] Associação Brasileira De Normas Técnicas:NBR 13818: Placas cerâmicas para revestimento - Especificação e métodos de ensaios,(abnt 1997, Rio de janeiro, 1997.