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ANÁLISE EXPERIMENTAL DA INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE SÍLICA NA

RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO E TRAÇÃO DO CONCRETO PERMEÁVEL.

EXPERIMENTAL ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF SILICA ADDITION ON

RESISTANCE OF COMPRESSION AND TRACTION OF PERVIOUS CONCRETE.

RESUMO

Nos dias atuais com a grande expansão urbana as áreas anteriormente de solo exposto tornaram-se praticamente impermeáveis pela aplicação do asfalto betuminoso e concreto, problemas como enchentes se tornam frequentes neste cenário o estudo do concreto permeável mostra-se imprescindível por permitir prover a mitigação desses aspectos negativos. Nesta pesquisa foram realizados dois lotes contendo 16 corpos de prova cada, com dimensões de 10x20 cm, para cada lote 8 corpos de prova será submetido ao teste de resistência a compressão e 8 para resistência a tração, foi realizado o apiloamento em três camadas, e posteriormente a pesquisa foi submetida a cura submersa por 28 dias, logo após rompidos afim de avaliar as resistência característica, testes estatísticos foram empregados com intuito de validar a veracidade das informações, este trabalho tem por finalidade realizar ensaios de caracterização e desempenho do concreto poroso avaliando a influência da adição de sílica na resistência a compressão e tração do mesmo.

Palavras-chave: Concreto poroso. Sílica ativa. Bloco intertravado.

ABSTRACT

Nowadays, with the great urban expansion, the previously exposed areas of soil became practically impermeable by the application of bituminous and concrete asphalt, problems such as flooding become frequent in this scenario. The study of permeable concrete is essential to allow the mitigation of these negative aspects. In this research were carried out two lots containing 16 specimens each, with dimensions of 10x20 cm, for each batch 8 specimens will be submitted to the compressive strength test and 8 for tensile strength, was performed the compaction in three layers, and Subsequently, the research was subjected to submerged cure for 28 days, soon after ruptured in order to evaluate the characteristic resistance. Statistical tests were employed in order to validate the veracity of the information. the influence of the addition of silica on its compressive and tensile strength.

Keywords: Porous concrete. Active sílica. Interlocking blocks.

Michael Vinicius Martins Caldeira1 Leonardo Victor Rodrigues da Silveira2.

1 Docente da Universidade de Gurupi – UnirG, Engenheiro Civil, Especialista em Projetos, Execução e Controle de Estruturas e Fundações [email protected] 2Acadêmico do do curso de Engenharia Civil da Universidade de Gurupi – UnirG. [email protected]

Caldeira, M. V. M., Silveira, L. V. R. Análise Experimental da Influência da adição de Sílica na Resistencia a Compressão e Tração do Concreto Permeável.

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INTRODUÇÃO

O concreto é ainda o material mais utilizado e indispensável para a construção civil no Brasil

e no mundo. Segundo Mehta e Monteiro (1994), descrevem que o concreto é um material composto

que consiste essencialmente de um meio contínuo aglomerante, dentro do qual estão mergulhadas as

partículas dos agregados.

Concreto permeável, também conhecido como concreto poroso possui em sua estrutura vazios

interligados através dos quais a água e o ar conseguem atravessar suas camadas. Devido essas

características, o concreto permeável é utilizado para pavimentação, permitindo a infiltração de águas

pluviais. Além disso, em países Europeus o concreto permeável é aplicado como absorvedor de ruído

e proteção das margens dos rios no Japão (Neithalath, Olek, & Weiss, 2005; Neithalath, Weiss, &

Olek, 2006; Kitsutaka, Terato, Tamura, Koizumi, & Nagata, 2006).

Concreto poroso é produzido utilizando os mesmos materiais do concreto convencional com

ou sem agregado miúdo, alcançando uma porosidade na ordem de 15 a 35 % e uma densidade de

aproximadamente 1800 kg/m³ (Zhuge, 2006; Ghafoori & Dutta, 1995).

Com a pavimentação das vias, o meio urbano gerou cada vez mais áreas impermeáveis,

consequentemente aumentou-se o escoamento superficial através da ação das chuvas, gerando um

grande volume hídrico que chega aos sistemas de drenagem e o mesmo não consegue dar a devida

vazão, criando assim as enchentes urbanas.

Entender suas propriedades físicas e mecânicas permite aumentar a possibilidade de mitigar

os problemas de enchentes urbanas e até mesmo descobrir outras aplicabilidades que o concreto

poroso possa oferecer.

Devido à baixa utilização do concreto poroso a nível nacional e a escassez de pesquisas

relacionados a este tema, é imprescindível que haja mais estudos relacionado a este assunto.

O presente trabalho tem como objetivo principal analisar a influência da adição de sílica no

traço 1:4, do concreto poroso, avaliando a resistência a compressão e tração submetido a cura úmida

por 28 dias.


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1. CONCRETO POROSO

O concreto poroso ou permeável, possui características intrínsecas bastantes utilizadas para

pavimentação nos Estados Unidos e Europa é formado por cimento Portland, agregado graúdo com

ausência parcial ou completa de finos, aditivos e água (FERGUSON, 2005).

O concreto permeável também pode ser aplicado em barreiras de som, (KIM E LEE, 2010) e

como sistema de drenagem em muros de arrimo (OSPINA e ERAZO, 2007).

Segundo o American Concrete Institute (ACI 522, 2010) estabelece que o concreto poroso é

uma estrutura de vazios interligados, que permite a passagem de água. Pode-se classificar como

material de construção sustentável, tendo em vista que, permite o escoamento das águas de

precipitação.

1.1 Histórico e utilização

Entre os anos de 40 e 50 na França, ocorreram as primeiras experiências com concreto

permeável, devido a necessidade de técnicas para resolver problemas de infiltração da água

superficial. Entretanto as primeiras aplicações não foram bem-sucedidas.

No final da década de 70 devido o crescimento populacional e aumento das superfícies

impermeáveis o concreto poroso passou a ser implantado como material de pavimentação nos Estados

Unidos (FERGUSON, 2005).

No final dos anos 90 e inícios do ano 2000, o concreto poroso se estabeleceu como tecnologia

construtiva como forma de reduzir o risco de enchentes por permitir a infiltração da água pelo

material.

1.2 Pavimentos permeáveis

Os pavimentos permeáveis, são superfícies que admitem a infiltração, percolação de uma parte

ou totalidade da água gerada pelo escoamento superficial para o interior de uma camada de

armazenagem temporária no terreno, e é absorvido gradualmente pelo solo (ALVES; COSTA; 2007).


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Asfalto, concreto poroso, blocos vazados são tipos de materiais utilizados em superfícies

urbanas, como calçadas, estacionamento, parques, praças, vias locais e pequenos acessos

(FERGUNSON, 1994).

Pode-se inferir que o concreto poroso tem como característica principal a infiltração de água

atrás de sua superfície, e logo em seguida a infiltração dessa parcela de água no solo. Devido essas

características este pavimento tem sido analisado por ser uma alternativa bastante razoável e

econômica. (AZAÑEDO, HELARD e MUÑOZ, 2007).

A figura a seguir 1, é possível observar a textura de um pavimento de concreto poroso.

Figura 1: Pavimento de concreto poroso

Fonte: ACI 522, 2010

A utilização de pavimentos permeáveis é uma técnica recente, anteriormente visava-se a

impermeabilização total da superfície. A partir de 1970, na Europa e América do Norte surge a

necessidade de combater problemas hidrológicos ocasionados pelo desenvolvimento urbano,

consequentemente estudos foram desenvolvidos e a partir de 1980 se iniciou a aplicação do

pavimento poroso (BAPTISTA, 2005).

1.3 Propriedades do concreto poroso

Segundo Ospina e Erazo (2007), o concreto poroso, é imprescindível que tenha granulometria

apropriada para permitir a passagem de água pela estrutura dos poros, preferencialmente agregado

graúdo com ausência parcial de fino. A porosidade deve estar entre 15 a 20% e resistência a

compressão de 7Mpa aos 28 dias.


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Granulometria, quantidade de cimento, relação água/cimento e quantidades de vazios são

propriedades que influenciam no concreto poroso (AZAÑEDO, HELARD e MUÑOZ, 2007).

A composição granulométrica afeta as propriedades do concreto poroso, uma vez que o

mesmo interfere na resistência e permeabilidade que são propriedades fundamentais para o

desempenho do concreto.

O agregado de graduação aberta é comumente utilizado no concreto poroso pois apresenta

granulometria contínua com ausência parcial de finos (menor que 0,75 mm) aumentando a

permeabilidade e consequentemente resulta em maior volume de vazios.

Entretanto a quantidade de finos é importante no tocante ao aumento de resistência na zona

entre agregado graúdo e a pasta. Com a adição de finos aumenta-se a resistência do material a

compressão, tendo em vista que os finos preenchem espaços entre a pasta de cimento e agregado

graúdo. De outra forma a adição de finos prejudica a porosidade pois preenche os espaços vazios e

bloqueia as ligações entre os poros.

1.4 Zona de transição

Pode se definir que o concreto é formado por três fases a pasta de cimento, zona de transição

e agregado (figura 2). A zona de transição está em contato com as partículas de agregado graúdo

apresentando espessura entre 10 e 50 μm, está zona é basicamente mais fraca que os outros dois

componentes (MEHTA e MONTEIRA, 2008).

A análise da microestrutura do concreto mostra que a ZT (Zona de transição), tem influência

direta no comportamento do concreto. Geralmente as rupturas em concreto comum se inicia no “elo”

mais frágil, que corresponde a zona de transição.

Para o concreto poroso quanto maior o agregado maior a quantidade de água de exsudação

interna acumulada, consequentemente enfraquece a ZT gerando uma ruptura por cisalhamento.


6

Figura 2 – Representação da zona de transição e matriz da pasta de cimento.

Fonte: MEHTA e MONTEIRO, 2008

1.5 Composição do traço

Segundo Batezini (2013) o traço do concreto poroso por conter baixa quantidade de agregado

miúdo, isso influenciará em um aumento na quantidade de vazios e assim permitirá uma boa

permeabilidade.

O fator água/cimento é um parâmetro de suma importância seja qual for o tipo de concreto.

No concreto poroso não obstante é fundamental conhecer uma boa relação água/cimento, conforme

cita Tennis et. al (2004), a quantidade de água presente no traço tem que dar um brilho na mistura,

sem ficar ao redor do agregado.

Tennis et. al (2004) cita que o ligante hidráulico comumente utilizado é o cimento Portland e

aditivos é suma importância utiliza-los. Os retardadores de pega podem ser incorporados para obter

um concreto com melhor trabalhabilidade tendo em vista que a pega do concreto permeável é mais

rápida que o convencional, os plastificantes atuam reduzindo a água de amassamento aprimorando a

trabalhabilidade e aumenta o abatimento sem causar perda da pasta de cimento do agregado.

Os agregados miúdos geralmente não são adicionados, o agregado graúdo deve ter

granulometria bem uniforme, isto é, o seu tamanho não deve ter variações, a maior granulometria

utilizada é 19 mm.


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1.6 Blocos de concreto

A NBR 9781:2013 define blocos de concreto como material de revestimento utilizados em

pavimentos intertravados.

Segundo Burak (2002), a pavimentação utilizando bloco de concreto tem aumentado na

América do norte, com início nos anos de 1980 e consumo de cerca de 4 milhões de m² por ano. O

autor ainda cita que a grande vantagem da utilização dos blocos para pavimentação é o fácil acesso

as subcamadas para manutenções nas redes de abastecimento.

Segundo a Interlocking Concrete Pavement Institute (2007), os locais de aplicação dos blocos

de concreto são descritos em dois grupos, de acordo com a espessura do bloco de concreto. Para os

blocos de concreto com espessura de 6 cm, o seu uso fica restrito as calçadas, área de pedestres,

ciclovias e onde o fluxo de veículos é controlado. Quando o bloco adquirir maiores espessuras

passando para 8 cm o seu uso se atrela a lugares que irão exigir maiores cargas, como é o caso de ruas

e de indústrias.

1.7 Sílica ativa

As adições minerais pozolânicas podem ser incorporadas ao cimento Portland na fase de

fabricação ou utilizado como adição in loco. A mistura de adições minerais à composição do cimento

fornece vantagens ambientais e econômicas, além de interferir na microestrutura da matriz hidratada,

incrementando, na maioria das vezes, a durabilidade das obras executadas (HOPPE FILHO et al.,

2013, 2017).

A sílica ativa requer mais água para manter a trabalhabilidade da mistura, sendo necessário o

uso de outra adição química. Lian e Zhuge (2010) afirmam que a adição de sílica ativa (10%) fornece

um acréscimo na resistência a compressão, e que adicionando além da sílica ativa (7%) o

superplastificante (0,8%) gera maior ganho em resistência


8

2. MATERIAIS E MÉTODOS

Segundo Batezini (2013) o traço do concreto poroso por conter baixa quantidade de agregado

miúdo, isso influenciará em um aumento na quantidade de vazios e assim permitirá uma boa

permeabilidade.

Conforme cita Tennis et. al (2004), a quantidade de água presente no traço tem que dar um

brilho na mistura, sem ficar ao redor do agregado.

Segundo a literatura analisada, os autores consultados (Batezini, 2013; Höltz, 2011)

utilizavam traços para concreto poroso variados, partindo de brita 0, brita 1 ou ambas. Também foi

analisado a variação no fator água/cimento entre 0,26 e 0,45. Com base na literatura e consultas, o

traço adotado corresponde a descrição da tabela 1.

Segundo Ospina e Erazo (2007), o concreto poroso, é imprescindível que tenha granulometria

apropriada para permitir a passagem de água pela estrutura dos poros, preferencialmente agregado

graúdo com ausência parcial de fino

Tabela 1. Composição do traço estudado na pesquisa

TRAÇO

CIMENTO

BRITA 0

AREIA

MÉDIA

FATOR A/C

Concreto

poroso

1 4 - 0,30

Fonte: Autor

Lian e Zhuge (2010) afirmam que a adição de sílica ativa, Figura 3, (10%) fornece um

acréscimo na resistência a compressão. Logo para a realização do concreto poroso em um

determinado lote foi utilizado adição sílica ativa, (Figura 1), na quantidade de 10% da massa do

cimento correspondente ao traço 1:4. O produto foi cedido pela empresa Concregell estabelecida no

município de Gurupi.

O fator água/cimento é um parâmetro de suma importância seja qual for o tipo de concreto.

No concreto poroso não obstante é fundamental conhecer uma boa relação água/cimento, conforme

cita Tennis et. al (2004), a quantidade de água presente no traço tem que dar um brilho na mistura,

sem ficar ao redor do agregado.


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Figura 3: Sílica Ativa

Fonte: Autor.

Tennis et. al (2004) cita que o ligante hidráulico comumente utilizado é o cimento Portland e

aditivos é de suma importância utiliza-los. Neste trabalho foi utilizado cimento Portland CP II 32

produzido pela Cimpor adquirido na cidade de Gurupi.

Para a execução da pesquisa foi utilizado 32 corpos de prova, e dividido em dois lotes com 16

corpos de prova cada, um com adição e outro sem adição de sílica, para cada lote, 8 corpos de prova

foram usados para ensaio de resistência a compressão e 8 para ensaio de resistência a tração.

A figura a seguir mostra de maneira esquemática a distribuição dos lotes e detalhamento da

quantidade de elementos utilizados, bem como os testes realizados em cada lote.

Figura 4: Detalhamento dos lotes para realização do ensaio

Fonte: Autor.


10

O processo de mistura (Figura 5), foi o mesmo utilizado por Batezini (2013), criado por

Schaefer et al. (2006). Segundo os autores, esse procedimento gera um ganho de resistência mecânica

e condutividade hidráulica para o concreto. O controle utilizado para a verificação da mistura será

visual, (Figura 6). O procedimento é da seguinte forma:

- Adicionar todo o agregado na betoneira com mais 5% do peso total do cimento;

- Misturar por 1 minuto;

- Adicionar o restante dos materiais;

- Misturar por 3 minutos;

- Deixar a mistura em repouso por 3 minutos;

- Misturar por mais 2 minutos.

Figura 5: Mistura do concreto utilizando

betoneira.

Figura 6: Aspecto visual do concreto

Fonte: Autor.

Para modelagem do corpo de prova, foi utilizado uma forma cilíndrica de aço, 10x20 cm,

(figura 7), e utilizado um lubrificante para o concreto não aderir nas paredes do molde.

Em seguida realizada compactação com haste metálica, em 3 camadas de 15 golpes cada, que

segundo Suleiman et. al. (2006), essa compactação não altera a permeabilidade e ainda melhora as

resistências mecânicas.


11

Figura 7: Corpo de prova moldado em forma cilíndrica 10x20 cm.

Fonte: Autor.

Após 24h o concreto poroso foi retirado das formas metálicas e submetido a cura submersa

em um tanque onde permaneceu 28 dias (figura 8). Para Bauer (2008), a cura submersa do concreto

é indiscutível o método ideal, mas sua aplicação é restrita e nada prática, sendo seu maior uso nas

lajes de pavimentos.

Figura 8: Corpos de prova submetidos a cura submersa por 28 dias.

Fonte: Autor.

Após 28 dias foi realizado o rompimento em uma prensa manual para corpos de prova na

empresa Concregell, afim de obter os valores da resistência a compressão e resistência a tração do

concreto poroso. A prensa manual aplica valores em toneladas força, onde para o cálculo de

resistência a compressão foi utilizado a seguinte formula.


12

(Equação 1):

� =�

�

Onde: � = Tensão; F = Força aplicada; A = área.

Para o cálculo de resistência a tração é necessário a aplicação de uma formula especifica.

(Equação 2):

� = 2 ∗�

∗ 100 ∗ � ∗ ∗

Onde: T = Resistencia a tração; F = Carga de ruptura; d = diâmetro do corpo de prova,

cm; l = comprimento do corpo de prova, cm.

A figura a seguir, nota-se o rompimento axial para obter a resistência a compressão e o

rompimento diametral para obter a resistência a tração.

Figura 9: Teste de compressão axial na figura a esquerda e compressão diametral na figura seguinte.

Fonte: Autor.

2. RESULTADOS

Após os ensaios de rompimento do concreto foi obtidos os seguintes valores apresentados nas

tabelas abaixo.


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Tabela 2. Resultados da resistência a compressão e tração do concreto poroso sem adição de sílica.

Corpo de prova

Resistencia a tração (Mpa) Resistencia a compressão (Mpa)

1 0,379 2,297 2 0,438 2,547 3 0,441 2,585 4 0,443 2,784 5 0,447 2,859 6 0,448 2,959 7 0,454 3,059 8 0,454 3,421

Fonte: Autor.

Tabela 3. Resultados da resistência a compressão e tração do concreto poroso sem adição de sílica.

Corpo de prova

Resistencia a tração (Mpa) Resistencia a compressão (Mpa)

1 0,824 2,647 2 0,828 2,697 3 0,836 2,797 4 0,836 2,859 5 0,845 3,009 6 0,845 3,321 7 0,849 3,609 8 0,853 3,921

Fonte: Autor

As Tabelas 3 e 4, expressam os resultados quantitativos como valores mínimos, máximos, médias, desvio padrão e coeficiente de variação, referente a pesquisa estudada.

Tabela 4 - Resultado do coeficiente de variação (%), desvio padrão, média, valores máximos e mínimos para o lote sem adição de sílica.

Lote sem

adição

Mínimo

(Mpa)

Máximo

(Mpa)

S (cm) Média (mpa) cv%

Tração 0,379 0,454 0,022 0,43 5,25

Compressão 2,297 3,421 0,324 2,814 11,54

Onde: s = desvio padrão e cv = coeficiente de variação. Fonte: Autor.


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Tabela 5 - Resultado do coeficiente de variação (%), desvio padrão, média, valores máximos e mínimos para o lote com adição de sílica.

Lote com adição

Mínimo (Mpa)

Máximo (Mpa)

S (cm) Média (mpa) cv%

Tração 0,824 0,853 0,009 0,853 1,13

Compressão 2,647 3,921 0,434 3,107 13,96

Onde: s = desvio padrão e cv = coeficiente de variação. Fonte: Autor

No gráfico 1, a seguir mostra a distribuição dos resultados da resistência a compressão e o

gráfico 2, a distribuição da resistência a tração. O eixo x do gráfico representa a quantidade de corpos

de prova, para o eixo y a resistência em Mpa.

Gráfico 1. Distribuição dos dados para resistência a compressão.

Fonte: Autor.

Gráfico 2. Distribuição dos dados para resistência a tração.

Fonte: Autor.

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Resistência a tração (Mpa)

Com Silica Sem Silica

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

1 2 3 4 5 6 7 8

Resistência a compressão (Mpa)

Com Silica Sem Silica


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A seguir é apresentado a tabela contend os resultados do método de comparação múltipla de

Tukey a 5% de significância descritos na tabela 5.

Tabela 6. Diferenças das médias referentes aos tratamentos com adição de sílica e sem adição

Tratamento a compressão Médias Resultado do Teste

Sem adição 2,814 A1

Com adição 3,107 A2

Tratamento a tração

Sem adição 0,379 A1

Com adição 0,824 A2

Onde: Médias com letras iguais não diferem entre si pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. Fonte: Autor.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Para o lote sem adição de sílica os valores obtidos da resistência a compressão observados na

Tabela 3, variam entre 2,297mpa e 3,421mpa e para a resistência a tração foram de 0,379mpa e

0,454mpa.

Para o lote com adição de sílica os valores obtidos da resistência a compressão observados na

Tabela 2, variam entre 2,647mpa e 3,921mpa e para a resistência a tração foram de 0,824mpa e

0,853mpa.

Através da análise da tabela 5 e 6 pode inferir que quanto menor o desvio padrão mais entorno

da média estão os elementos estudados, isto é, não houve grande dispersão de valores nas análises

dos corpos de prova, também é possível notar que as médias para o lote com adição de sílica tanto a

resistência a compressão quanto a resistência a tração tiveram melhores resultados se comparado a

média do lote sem adição de sílica.

No gráfico 1, mostra a distribuição dos resultados da resistência a compressão e o gráfico 2, a

distribuição da resistência a tração. É possível perceber que os testes com adição de sílica evidenciado

nos gráficos foi satisfatório, isto é, tiveram maiores valores de resistência tanto para tração como para

compressão.


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Através do método de comparação múltipla de Tukey a 5% de significância descritos na tabela

5, os tratamentos não diferem entre si, isso se explica devido a baixa expressividade dos resultados

tanto para resistência a tração como a compressão que a sílica afeta no concreto poroso.

Tendo em vista que, mesmo que a comparação múltipla de Tukey, os tratamentos não

apresentam diferenças significativa, a adição de sílica aumenta a resistência tanto a compressão e

tração em pequenas proporções, uma vez que as médias foram maiores, sendo assim, a partir dessa

avaliação é necessário realizar ensaio com o emprego associado de outras adições juntamente com a

sílica afim de melhorar ainda mais o acréscimo de resistência no concreto poroso.

Utilizar adição de sílica no concreto poroso aumenta a resistência, porém o ganho de

resistência não chega a ser expressivo. O tratamento sem adição de sílica tanto para compressão como

para tração teve menores médias, sendo para compressão a média de 2,814Mpa e tração 0,43Mpa.

Para o tratamento com adição de sílica é possível notar um pequeno ganho de resistência tanto

para tração com média de 0,853Mpa quanto para compressão com média de 3,107Mpa.

Para o teste de Tukey os tratamentos não diferem entre si, uma vez que o ganho de resistência

causados pela adição de sílica foram irrisórias, sendo assim, é necessário realizar outros tipos de

pesquisa como associar outros aditivos, variar o traço e o quantitativo de materiais.

Em suma a pesquisa ratifica ao concordar com Lian e Zhuge (2010), que diz que a utilização

de sílica proporciona um pequeno ganho de resistência ao concreto poroso.


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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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