Análise e desenvolvimento de misturas de concreto permeável para aplicação em pavimentação

Abstract

As demandas de urbanização trazem consigo a problemática de impermeabilização do solo e a contaminação dos corpos hídricos em virtude das grandes enxurradas. O sistema de drenagem urbana em grandes cidades, mesmo quando sua capacidade é aumentada pelo poder público como forma de mitigar o problema, não contribui para uma gestão eficaz das enchentes. Assim, o grande desafio urbano atual consiste em equilibrar as demandas de desenvolvimento com as questões de sustentabilidade, sob um ponto de vista econômico, social e ecológico. Nesse sentido, o concreto permeável é um material com potencial para ser utilizado no gerenciamento de águas pluviais, uma vez que permite a percolação da água através de seus macroporos interconectados. No entanto, devido a uma série combinada de fatores, incluindo a baixa resistência mecânica, as aplicações do concreto permeável restringem-se ao uso em calçadas, estacionamentos, quadras de recreação e sub-bases para pavimentos convencionais. A implementação de pavimentos de concreto permeável, em vários países (especialmente países emergentes) continua limitada devido à carência de estudos de dosagem e procedimentos técnicos relacionados à preparação do material, método de compactação, testes e, ainda, práticas de construção. Frente às lacunas apontadas, esta pesquisa tem como foco o desenvolvimento de misturas de concreto permeável visando a ampliação da sua aplicação como revestimento para pavimentos de tráfego leve a médio. Para isso, esta tese foi dividida em três fases. A Fase 1 envolve a análise de parâmetros básicos como método de dosagem, compactação, tipo de corpo de prova e a influência da relação água/cimento e aditivo. A Fase 2 busca o aprimoramento do traço em termos mecânicos através de incorporação de materiais alternativos (sílica ativa, fibras e areia). Por fim, a Fase 3 visa contribuir com a análise do material para revestimento de pavimentos, através de análises mecânicas em placas e determinação da espessura utilizando modelos de fadiga existentes. Como resultado, verificou-se que o desempenho do concreto permeável está atrelado a variáveis como consistência, método de compactação e porosidade. Para o aumento da resistência mecânica destaca-se o uso da sílica ativa, resultando em um concreto permeável com possiblidade de uso em pavimentos de tráfego médio.

The demands of urbanization bring problems related to soil impermeabilization and the contamination of water systems (e.g., rivers, aquifers) due to frequent floods. The urban drainage system in large cities, even when its capacity is increased by the public administration as a way to mitigate the problem, does not contribute to the effective management of floods. Thus, the great urban challenge is to balance development demands with sustainability issues from an economic, social and ecological point of view. In this sense, pervious concrete is a potential material to be used in the management of rainwater, since it allows percolation of water through its interconnected macropores, either for rainwater systems or for the soil itself. However, due to a large of factors, including low mechanical strength, pervious concrete applications are restricted to use in sidewalks, parking lots, playgrounds and sub-bases for conventional flooring. The implementation of pervious concrete pavements in several countries (especially in emerging-economy countries) continues to be limited due to the lack of mix design parameters and technical procedures related to material preparation, compaction method, testing, and construction practices. To fill in these gaps, this research focuses on the development of pervious concrete mixtures for pavement applications considering light to medium traffic. For this, this thesis was divided into three phases. Phase 1 involves the analysis of basic parameters such as mix design, compaction method, type of test specimen and the influence of water/cement ratio and admixture. Phase 2 aims to improve the mixture in terms of mechanical strength through the incorporation of alternative materials (i.e. silica fume, fibers and sand). Finally, Phase 3 aims to contribute to the analysis of the material for pavement coating, through mechanical analysis in slabs and thickness determination using existing fatigue models. As a result, it was verified that the performance of the pervious concrete is linked to variables such as consistency, compaction method and porosity. In order to increase the mechanical strength, it can be considered the use of silica fume, which results in a pervious concrete with the possibility of use in pavements of medium traffic.