Experimental development and characterization of pervious concrete for the control of runoff

O concreto permeável é caracterizado pela presença de vazios interconectados, apresentando porosidade, entre 18% a 35%, que resulta em resistências à compressão na faixa de 2,8 a 28 MPa, de modo a permitir a passagem de água através da matriz de concreto, mantendo uma permeabilidade de 0,14 a 1,22 cm/s. Em função da baixa resistência mecânica seu uso limita-se, à pavimentos em áreas de veículos leves, estacionamentos, elementos de drenagem, passeios e calçadas. Esta dissertação visou determinar experimentalmente as propriedades mecânicas e hidráulicas deste tipo de concreto para diferentes dosagens de matérias-primas e níveis de compactação. A fase experimental foi dividida em 2 etapas, na etapa preliminar foram definidas a faixa granulométrica dos agregados graúdos, o tratamento de superfície do topo e base dos CPs e foi possível validar o processo de confecção das amostras de concreto permeável. Na segunda etapa foram variados a relação água/cimento (a/c) em 0,35, 0,30 e 0,265 e o método de adensamento, onde as amostras foram adensadas pela compactação por meio da queda de soquete padrão de 4,5 kg a 15 cm de altura. Avaliou-se as propriedades dos concretos permeáveis para 5, 15 e 26 golpes do referido soquete padrão. Todas as misturas ensaiadas atenderam à faixa de resistência preconizada pelo ACI (American Concrete Institute), que deve estar compreendida entre 2,8 a 28 MPa. A mistura M2-c, confeccionada com a menor relação água/cimento (a/c=0,265), obteve a maior resistência à compressão axial. Em valores percentuais o ganho de resistência à compressão em relação ao menor valor encontrado (M2- a) foi de 8,2% e 4,7% para as dosagens M2-c e M2-b, respectivamente. Os resultados de permeabilidade para as dosagens M2-a, M2-b e M2-c foram muito próximos entre si, compreendidos entre 0,637 a 0,656 cm/s, e obedecendo aos parâmetros do ACI, que estipula um coeficiente K entre 0,14 a 1,22 cm/s, para concretos permeáveis. Quanto ao adensamento, as amostras compactadas com 26 e 15 golpes do soquete padrão revelaram um ganho de resistência à compressão axial de 86% e 67%, respectivamente em relação ao nível mais baixo de energia, no caso 5 golpes. E, mantendo os parâmetros de massa específica e permeabilidade dentro dos limites estabelecidos pelas normas de referência adotadas neste estudo. Quando se compara a resistência à compressão axial à mistura M2-c, cujo processo de compactação foi realizado a partir da haste de adensamento, tem-se um ganho de 9%, 82% e 103% para as misturas onde foram aplicados respectivamente, 5, 15 e 26 golpes. Por fim, a partir das dosagens analisadas pode-se afirmar que a mistura M2d-26, caracterizada por uma relação a/c=0,265 e compactação com 26 golpes por camada, foi a que obteve o melhor desempenho, atendendo à permeabilidade mínima e mantendo-se dentro das faixas aceitáveis de massa específica e porosidade e obtendo a maior resistência à compressão axial das misturas ensaiadas neste estudo.Pervious concrete is characterized by the presence of interconnected voids, with porosity range from 18% to 35%, which results in compressive strengths, in the range from 2.8 to 28 MPa, in order to allow the passage of water through the matrix of concrete, maintaining permeability from 81 to 730L/min/m². Due to the low mechanical strength, its use is limited to pavements in areas of light vehicles, parking lots, drainage elements and sidewalks. This thesis determines experimentally the mechanical properties of this type of concrete for different dosages of raw materials and levels of compaction. An experimental phase was divided into 2 stages, in the preliminary stage a granulometric band of the coearse aggregates, the surface treatment of the top and the base of the samples was defined and it was possible to validate the process of making the pervious concrete. In de second stage, the water/cementitious materials ratio (w/cm) was varied by 0,35, 0,30 and 0,265. The method of consolidation was also changed, where the samples were densified by compaction by means of the standard socket drop from 4.5 kg to 15 cm from height. The properties of pervious concretes were evaluated for 5, 15 and 26 strokes of the referred standard socket. All tested mixtures met the resistance range recommended by the ACI, which must be between 2.8 to 28 MPa. The M2-c mixture, made with the lowest water / cementitius material ratio (w/cm = 0.265), obtained the highest compressive strength. In percentage values, the gain in compressive strength in relation to the lowest value found (M2-a) was 8.2% and 4.7% for the dosages M2-c and M2-b, respectively. Percolation rate results for the mixtures proportions M2-a, M2-b and M2-c were close to each other, ranging from 0.637 to 0.656 cm / s, and in compliance with the ACI parameters, which stipulates a coefficient (K) between 0.14 to 1.22 cm / s, for pervious concrete. As for the consolidation, the samples compacted with 26 and 15 strokes of the standard socket showed a gain of compressive strength of 86% and 67%, respectively in relation to the lowest level of consolidation, in the case 5 strokes. And, keeping the parameters of unit weight and permeability within the limits established by the reference standards adopted in this study. When the compressive strength is analyzed to the M2-c mixture, whose compaction process was performed with a rod, there is a increase of 9%, 82% and 103% for the mixtures where they were applied respectively, 5 , 15 and 26 strokes. Finally, from the analyzed dosages it can be said that the M2d-26 mixture, characterized by a ratio of w/cm = 0.265 and compaction with 26 strokes per layer, was the one that obtained the best performance, given the percolation ratio and maintaining within the acceptable ranges of unit weight and porosity and obtaining the greatest compressive strength on of the mixtures tested in this study