Tese
Dosagem e otimização de misturas de concreto permeável por controle de porosidade pelo método do grau de compactação.
Registro en:
MIKAMI, Rafael Jansen. Dosagem e otimização de misturas de concreto permeável por controle de porosidade pelo método do grau de compactação. 2022. Tese. (Doutorado em Engenharia e Ciências dos Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa. Ponta Grossa. 2022.
Autor
Mikami, Rafael Jansen
Institución
Resumen
Pervious concrete is a material with potential application in pervious pavements to
mitigate urban flooding. The mixture design of pervious concrete is one of the
fundamental steps for the development of mixtures with properties suitable for its
application. Mixture design methods have been proposed in the literature, but their
application is still limited. In this study the main objective was to propose a mixture
design method adaptable to different coarse aggregate gradations and variable
compaction energy. The proposed mixture design method was based on the coarse
aggregate compaction state, allowing the development of mixtures with porosity control
by the degree of compaction. This methodology was applied in the development of 48
mixtures of pervious concrete with porosities of 20, 25 and 30%, evaluating different
coarse aggregate gradations, inclusion of fine aggregate and use of superplasticizer
admixtures. Based on the degree of compaction method, it was possible to systematize
a design process for pervious concrete to control its hydraulic and mechanical
properties by porosity control. To apply the methodology, pervious concrete mixtures
with porosity between 15 and 30% were developed. Models of compressive strength,
hydraulic conductivity and cement consumption were developed as a function of
porosity to allow the design of mixtures. For the porosity range analyzed it was possible
to achieve strengths between 9.5 and 29.4 MPa and hydraulic conductivities between
0.07 and 1.55 cm/s. A second stage in the mixture design was proposed to optimize
the pervious concrete mixtures for a target porosity. Methodologies were presented to
change the w/c ratio and include fine aggregate with the objective of improving the
mechanical strength and reducing the cement consumption of pervious concrete. By
reducing the w/c ratio from 0.28 to 0.20 it was possible to obtain increases in
compressive strength between 17 and 37% without harming the hydraulic performance
of the mixture. The inclusion of 20% fine aggregate in the pervious concrete mixture
made it possible to reduce cement consumption by approximately 10%, while
maintaining the compressive strength and hydraulic conductivity. For mixtures with
20% porosity, the inclusion of 40% fine aggregate would still provide a 17% cement
reduction without affecting its properties. Thus, for the materials evaluated in this study,
the proposed design method allowed the development of mixtures with controlled
porosity, also enabling the control of their mechanical and hydraulic properties. The
proposed method also allowed the control of the w/c ratio and fine aggregate content
in the mixture, being also possible to optimize the pervious concrete aiming a higher
efficiency in cement consumption. O concreto permeável é um material com potencial aplicação em pavimentos
permeáveis para a mitigação de inundações urbanas. A dosagem do concreto
permeável é uma das etapas fundamentais para o desenvolvimento de misturas com
propriedades adequadas a sua utilização. Métodos de dosagem já foram propostos
na literatura, porém com aplicação ainda limitada. Neste estudo o objetivo principal foi
propor uma metodologia de dosagem adaptável a diferentes distribuições
granulométricas de agregado graúdo e energia de compactação variável. O método
de dosagem proposto foi embasado no estado de compactação do agregado graúdo,
permitindo o desenvolvimento de misturas com controle de porosidade pelo grau de
compactação. Essa metodologia foi aplicada na elaboração de 48 misturas de
concreto permeável com porosidades de 20, 25 e 30%, sendo avaliadas diferentes
composições granulométricas do agregado graúdo, inclusão de agregado miúdo e
utilização de aditivos superplastificantes. Por meio do método do grau de
compactação foi possível sistematizar um processo de dosagem de concreto
permeável para controlar as suas propriedades hidráulicas e mecânicas pelo controle
de porosidade. Para aplicação da metodologia foram desenvolvidas misturas de
concreto permeável com porosidade entre 15 e 30%. Modelos de resistência à
compressão, condutividade hidráulica e consumo de cimento foram desenvolvidos em
função da porosidade para permitir a dosagem de misturas. Para a faixa de porosidade
analisada foi possível atingir resistências entre 9,5 e 29,4 MPa e condutividades
hidráulicas entre 0,07 e 1,55 cm/s. Uma segunda etapa de dosagem foi proposta para
otimizar as misturas de concreto permeável para uma porosidade fixa. Foram
apresentadas metodologias para alterar a relação a/c e incluir agregado miúdo com o
objetivo de aprimorar a resistência mecânica e reduzir o consumo de cimento do
concreto permeável. A partir da redução da relação a/c de 0,28 para 0,20 foi possível
obter acréscimos na resistência à compressão entre 17 e 37% sem ocasionar prejuízo
ao desempenho hidráulico da mistura. A inclusão de 20% de agregado miúdo na
mistura de concreto permeável possibilitou reduzir o consumo de cimento em
aproximadamente 10%, havendo manutenção da resistência à compressão e
condutividade hidráulica. Para misturas de 20% de porosidade a inclusão de 40% de
agregado miúdo ainda proporcionaria uma redução de cimento de 17% sem prejudicar
suas propriedades. Dessa forma, para os materiais avaliados neste estudo a
metodologia de dosagem proposta permitiu o desenvolvimento de misturas com
porosidade controlada, possibilitando também o controle de suas propriedades
mecânicas e hidráulicas. O método proposto também possibilitou o controle da relação
a/c e do teor de agregado miúdo na mistura, sendo possível ainda otimizar o concreto
permeável visando uma maior eficiência no consumo de cimento.