Informações gerais concreto drenante

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CONCRETO DRENANTE
Definição
Concreto drenante ou permeável é um concreto com baixo teor de finos, sendo um material altamente poroso.
Motivação
Ciclo Hidrológico
Impactos da urbanização
Controle da drenagem urbana
Medidas de regulamentação
Ilhas de calor
Sustentabilidade e Certificação LEED
Ciclo hidrológico
•Após a Precipitação:
•Infiltração
•Evaporação
•Interceptação
•Escoamento Superficial
•O volume de águas no escoamento superficial depende das características do solo
Impactos da urbanização
•Processo de urbanização: acelerado e de forma desordenada
•2012 – 84,4% da população brasileira era urbana
•Aumento da impermeabilização e dos picos de vazão
Impactos da urbanização
Controle da drenagem urbana
Princípios Modernos
Novas ocupações não podem aumentar a vazão de pico
Planejamento do conjunto da bacia
Evitar transferência dos impactos para jusante
Redes de drenagem bem dimensionadas podem deixar de funcionar adequadamente devido ao aumento da impermeabilização de trechos à montante
Implementar medidas de regulamentação
Medidas de Controle na Fonte
Adotadas no loteamento ou no lote
Uso de pavimentação permeável: Concreto Drenante
Controle da drenagem urbana
Medidas de regulamentação
•Desenvolvimento de planos diretores: controle da permeabilidade do solo
•Lei 11.228 de 1992 – Prefeitura da cidade de São Paulo
•Taxa de máxima de impermeabilização do lote: 85%
•Lei 1.620 de 1997 – Prefeitura da cidade de Niterói
•Taxa de máxima de impermeabilização do lote: 90%
•Lei Complementar n.º 70 de 2004 – Prefeitura da cidade do Rio de Janeiro
•Taxa de máxima de impermeabilização do lote: 80% para maioria das regiões
Ilhas de calor
•Fenômeno climático que ocorre principalmente nas cidades com elevado grau de urbanização.
•Temperatura média costuma ser mais elevada do que nas regiões rurais próximas.
Ilhas de calor
Causas
Elevada capacidade de absorção de calor de superfícies urbanas;
Falta de áreas revestidas de vegetação;
Impermeabilização dos solos pelo calçamento e desvio da água por bueiros e galerias, o que reduz o processo de evaporação, assim não usando o calor, e sim absorvendo;
Concentração de edifícios, que interfere na circulação dos ventos;
Poluição atmosférica que retém a radiação do calor;
Utilização de energia pelos veículos de combustão
Sustentabilidade e certificação LEED
O LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) é um sistema de certificação e orientação ambiental de edificações.
Aplicação do concreto drenante é contada como créditos no sistema LEED devido a:
Incorporação de agregados reciclados
Efeito de redução no aquecimento das cidades (Ilhas de calor)
Manutenção da permeabilidade do solo (controle da drenagem urbana)
 Histórico
Primeiro registro em 1852 => construção de casas na Inglaterra;
Até meados da década de 50 => finalidade estrutural, sendo denominado NFC (‘non-fines concrete’);
A partir dos anos 80 => deixa de apresentar finalidade estrutural, sendo alvo de novos estudos devido à sua característica de permeabilidade.
Atualmente, é muito utilizado na Europa, nos Estados Unidos, Japão e Austrália.
Testemunho de NFC extraído de uma casa na década de 50
Fonte: Ibracon.
Características
Redução de conteúdos de materiais finos
Material altamente poroso com baixo peso específico
Etapa de um sistema de drenagem
Comportamento isolante Térmico - acústico 
Porosidade
Porosidade varia de 15 a 20%
Dividida em:
Poros da pasta
Ar retido
Poros da estrutura granular
Permeabilidade
Em função:
-Forma do agregado
-Curva granulométrica
-Dimensão máxima do agregado graúdo
-Quantidade de pasta
-Nível de compactação aplicado
Na faixa de 15 a 40 mm/s para CPCP sem capacidade estrutural
Na faixa de 1 a 10 mm/s melhor desempenho estrutural
Permeabilidade
Para uma avaliação da permeabilidade em campo
ASTM C1701/C (2009)
Princípio do permeâmetro de carga variável - Avalia o tempo necessário para o material absorver um volume específico de água
Para avaliação da permeabilidade em laboratório
ACI 522
Permeâmetro de carga variável
Permeâmetro de carga constante - Avalia o volume de água que atravessa em um determinado tempo.
Lei de Darcy
Densidade
Baixo peso específico na ordem de 1600 e 2100 kg/m³
Densidade
Resistência à compressão
Permeabilidade
Densidade
Permeabilidade
Resistência à compressão
Fluidez
Problemas de trabalhabilidade
Pesquisas: concretos convencionais com alta fluidez
Concreto drenante: slump quase zero
Reduzido teor de finos
Dificuldade de obter alta fluidez com a simples incorporação de aditivo superplastificante
Fluidez
•HPPC: Concreto poroso de alta performance
•Aditivos superplastificantes + agentes coesivos = aumento da fluidez
Artigo sobre o Concreto poroso de alta performance – Malaysia – 2012.
Fluidez
•HPPC
•Apresenta boa trabalhabilidade
•Elimina necessidade de vibração para compactação do concreto permeável
Slump test do Concreto Poroso Convencional e do de Alta Performance
Características Mecânicas
•Resistência a compressão na literatura: 5MPa a 30MPa
•Estudos na Universitat Politecnica de Catalunya: até 50MPa
•NBR 16416:2015: resist. a compressão mín.: 35MPa
Características Mecânicas
•Aditivos e adições
•Fibras de polipropileno: bastante usado no concreto permeável
•Estudos mostram que a utilização do látex pode aumentar em até 50% a resistência à compressão
•Resistência à tração
•Uso apropriado de aditivos permite alcançar
até 5MPa de resistência a tração por compressão
diametral.
Fibras de polipropileno
Características térmicas
•Elevada porosidade interconectada
•Passagem de ar
•Efeito de convecção entre o ar e o concreto
•Condutividade térmica: chega ser 65% menor
•Concreto drenante: 0,7 a 1,7 W/mK
•Concreto convencional: > 2 W/mK
Concreto Drenante
Materiais
Cimento, aditivos e adições
Devido às aplicações do CPCP → Constante contato com meio agressivo
Cimento Portland resistente a:
•Danos térmicos, lixiviação, descalcificação e outros
Materiais cimentantes para aumento de durabilidade do CPCP:
•Sílica ativa, cinzas volantes, metacaulim, entre outros
Aditivos químicos para melhora da trabalhabilidade e resistência com já mencionado anteriormente
Materiais
Agregados
Divisão em duas frações: FINA e GROSSA
Fração FINA descartada → redução do teor de argamassa  → espaços vazios → permeabilidade
Quando o objetivo nº1 for resistência e secundário permeabilidade: 
•Mantêm-se uma parte da fração FINA do agregado
•Para diminuir a perda de permeabilidade → Redução da relação cimento/agregado, ou seja, substituir parte do aglomerante por areia
Materiais
Em geral: Fração GROSSA + quantidade apropriada de pasta =  Concreto Permeável
Sugestão: curvas glanulométricas entre 3,75 – 19 mm
Comum o uso de Brita 0, Brita 1, ou combinações das duas
Experiência mostra excelente resposta com granulometria de 2-5 e 5-8mm
Granulometria descontínua: maior permeabilidade
Agregados reciclados: acréscimo de permeabilidade e diminuição de propriedades mecânicas
Materiais
Água
Relação a/c varia de 0,25 – 0,35, evitando segregação
Controle de extrema importante
Mesmo requisitos definidos para o concreto convencional
Dosagem
ACI 211.3R-02, apêndice 6:
Método de dosagem de CPCP com slump zero
1º Passo: Elege-se a permeabilidade e resistência à compressão desejada
2º Passo: Obtenção da porosidade
Dosagem
3º Passo: Relação da porosidade com a quantidade de pasta
Duas curvas: Limites de compactação → Pouco Compacto e Muito Compacto
Para mesma % de porosidade, um CPCP muito compacto necessidade de menos cimento 
 
Dosagem
4º Passo: Definir relação a/c na faixa de 0,25 – 0,35
Relação a/c baixa → agregados não se aderem
Relação a/c adequada → partículas aderidas sem segregação 
Relação a/c alta → pasta escorre sobre as partículas e prejudica a permeabilidade
Dosagem
Trata-se de uma atualização e generalização feita pela Escola Politécnica da USP (EPUSP) de um método desenvolvido pelo IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo
Dados de entrada: fck, dmáx dos agregados e consistência do concreto
Obtêm-se: proporção de agregado por unidade de cimento e fator a/c
 
A dosagem do concreto drenante também pode ser feita pelo método brasileiro para dosagem de concretos estruturais, denominado:
Método IPT/EPUSP
Dosagem
Resultado final: Diagrama de 4 quadrantes com 3 "leis de comportamento"
 
Método IPT/EPUSP
Lei de Abrams: fck é em função da relação a/c
Lei de Lyse: slump é em função da relação agregados secos/cimento e a/c
Lei de Molinari: consumo de cimento está relacionado com o valor do traço seco
 
Dosagem
Trata-se de uma atualização e generalização feita pela Escola Politécnica da USP (EPUSP) de um método desenvolvido pelo IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo
Dados de entrada: fck, dmáx dos agregados e consistência do concreto
Obtem-se: proporção de agregado por unidade de cimento e fator a/c
 
A dosagem do concreto drenante também pode ser feita pelo método brasileiro para dosagem de concretos estruturais, denominado:
Método IPT/EPUSP
Aplicações
Garagens
Projeto USP
Calçadas
Pátios comerciais ou residenciais
Ruas de baixo tráfego
Muros de arrimo
Quadra de esportes
Estacionamento na sede do Environmental Protection Agency (EPA), em New Jersey,EUA.
Aplicações
Garagens
Projeto USP
Calçadas
Pátios comerciais ou residenciais
Ruas de baixo tráfego
Muros de arrimo
Quadra de esportes
Bloco de concreto permeável da empresa Rocla para uma área de estacionamento da Eurobodalla Shire Council (Australia). Muro de 8 metros de altura, construído em 5 semanas com 194 blocos.
Aplicações
Bases permeáveis abaixo de pavimentos de alta resistência (camadas-base)
Tubulação de drenagem
Isolamento térmico de paredes (alta porosidade) e barreiras acústicas (possui boas propriedades acústicas) 
Parques e praças
Tubulação de drenagem feita em concreto permeável no parque Hindmarsh (Kiama, Australia) com estudo da Universidade de Tecnologia de Sydney.
Aplicações
Bases permeáveis abaixo de pavimentos de alta resistência (camadas-base)
Isolamento térmico de paredes (alta porosidade) e barreiras acústicas (possui boas propriedades acústicas) 
Parques e praças
Projeto Bettman Nature Preserve - Parque em Cincinnati onde se utilizou concreto drenante executar quase 300 metros de caminhos verdes
Aplicações
Segundo o gerente de pesquisa da Votorantim Cimentos e um dos integrantes do CB-18 na ABNT, Luiz de Brito Braga Vieira, o concreto drenante é usado em trechos de barragens que precisam permitir a passagem de água;
Ele foi largamente utilizado nas barragens de Tucuruí e Água Vermelha, que não são completamente estanques, apresentando trechos drenantes a fim de evitar a erosão das margens;
Ele também pode ser usado em barragens nas redes de drenagem junto aos maciços rochosos, sob as galerias de inspeção.
Projeto
Fatores a serem considerados: 
Quantidade de chuva esperada 
Capacidade de infiltração do solo
Fragilidade do solo a ação da água
Características do pavimento como a declividade do terreno (A declividade do pavimento deve ser de no máximo 5%. Nas áreas no entorno do pavimento, devem ser evitadas declividades superiores a 20%)
Nível do Lençol Freático
Risco de contaminação de Aquífero
Projeto
Execução de concreto drenante 
Tipo 1: Pavimento drenante com infiltração total no solo
Execução
Tipo 2: Pavimento drenante com infiltração parcial no solo
Execução
Tipo 3: Pavimento drenante sem infiltração no solo
Execução
Etapas de 1 a 8 comuns ao concreto moldado in loco e aos blocos intertravados
Limpeza do terreno e abertura da caixa de pavimentação
Terraplenagem
Execução
Execução de pavimento em concreto drenante
Compactação do subleito
Espalhamento e compactação dos solo de reforço e nivelamento
Instalação da rede de drenagem
Execução
 Execução de pavimento em concreto drenante
Assentamento da manta geotêxtil
Espalhamento das camadas de brita 
Execução
Execução de pavimento em concreto drenante
Compactação das camadas de brita
Execução das guias e sarjetas
Execução
Execução de pavimento em concreto drenante moldado in loco
(9) Espalhamento do concreto permeável;
(10) Nivelamento de 15 a 20 mm acima das guias, utilizando régua vibratória ou manualmente;
(11) Compactação do concreto com rolo compactador;
(12) Execução das juntas de dilatação a cada 6m com profundidade de ¼ da espessura da placa de concreto ;
(13) Cura e proteção do concreto fresco e se recomenda proteção com manta plástica;
Execução
Execução de pavimento intertravado
Rejunte dos blocos com pedrisco
Assentamento dos blocos de concreto
Vantagens
Proteção do sistema de drenagem;
Reduz o pico das cheias, possibilitando diminuir a necessidade do sistema de drenagem urbano;
Reduz velocidade e quantidade do escoamento superficial;
Possibilita a reutilização da água da chuva;
Realimenta o aquífero subterrâneo;
Vantagens
Atua como filtro, impedindo que impurezas e metais pesados atinjam o lençol freático;
Auxilia na redução do aquecimento das áreas urbanas; 
Facilita a sobrevivência da arborização localizada em áreas pavimentadas, por permitir a chegada de ar e água até as raízes das plantas. 
Diminui custos de manutenção, uma vez que é eficaz com pouca ou nenhuma manutenção por um período entre 20 e 40 anos
Desvantagens
Pouca perícia dos engenheiros e contratantes com relação a tecnologia; 
O pavimento poroso envolve um risco de falha considerável (devido à colmatação ou má construção); 
Tem a tendência de tornar-se obstruído, se inapropriadamente instalado ou mantido; 
 Há o risco de contaminação do aqüífero, dependendo das condições do solo e da suscetibilidade do aquífero.
Normatização
•Norma vigente: 16416:2015
•Requisitos e procedimentos de execução de pavimentos permeáveis de concreto
•Engloba todos os tipos de pavimentos permeáveis
•Ajudará a dar qualidade aos pavimentos permeáveis executados
Utilização no Mundo
Decorativa de concreto permeável para os Jogos Olímpicos de 2008, Pequim ,China
Utilização no Brasil
Parque Tecnológico de Belo Horizonte (BH - TEC)
CasaE- Casa de Eficiência Energética da BASF - SP
Casa de Ecoeficiência – funciona como catálogo vivo da BASF e seus parceiros;
aplica soluções acessíveis da BASF e seus parceiros com o objetivo de reduzir o custo total das obras, garantindo economia de tempo, recursos e custos.
Utilização no Brasil
Utilização no Brasil
Utiliza concreto drenante com 87% de permeabilidade nas calçadas e estacionamento, que recolhem água da chuva para reutilização
Utiliza o Elastopave - composto aglutinante de poliuretano que, misturado com cascalhos ou pedras, constrói superfícies altamente permeáveis, fortes e duráveis
Casa E - BASF
Manutenção
Duração do sistema: 10 anos (aproximadamente)
Consequências da falta de manutenção:
Diminuição da permeabilidade do concreto
Diminuição da capacidade de armazenamento do concreto (3 a 5%)
Colmatação: Preenchimento dos vazios do concreto.
Manutenção - Colmatação
Obstrução causada por escoamento superficial
Manutenção - Colmatação
Obstrução causada por atividades que geram pequenos detritos
Manutenção - Colmatação
Obstrução causada por resíduos da própria região (ex: árvores)
Manutenção - Métodos Constantes
Manutenção por pressão d’água
Solta ou enfraquece a ligação dos detritos com o concreto
Restabelece 80% a 90% da permeabilização original
Pressão de aproximadamente 3.000 psi
Manutenção - Métodos Constantes
Manutenção por pressão d’água
Manutenção - Métodos Constantes
Manutenção por aplicação de vácuo
Método mais rápido que o jato d’água
Remove de forma eficiente somente as partículas da superfície
Manutenção
- Métodos de reabilitação 
Concreto moldado in loco
Retirada de 3 ou 4 cm da camada mais externa, substituindo-a.
Sistema pré-moldado
Substituição dos blocos (trincas, colmatação, etc)
Virar os blocos para o lado oposto (retrolavagem)
Obrigado!