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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/38539
Tipo: Tese
Título: Concreto permeável contendo resíduos de caulim e metacaulim: propriedades físicas, hidráulicas, mecânicas e adsortivas
Autor(es): Bezerra, Diego de Paiva
Orientador: Nóbrega, Aline Figueirêdo da
Coorientador: Malheiro, Raphaele de Lira Meireles de Castro
Membro da Banca: Barbosa, Normando Perazzo
Membro da Banca: Costa, Leonardo Medeiros da
Membro da Banca: Sandoval, Gersson Fernando Barreto
Membro da Banca: Azevedo, Aires Fernando Fernandes Leite Camões
Membro da Banca: Teles, Guilherme dos Santos
Resumo: A intensificação da impermeabilização do solo urbano tem agravado problemas relacionados à drenagem e à qualidade das águas pluviais, demandando técnicas construtivas capazes de desempenhar, de forma integrada, funções hidráulicas, estruturais e ambientais. Nesse contexto, destaca-se o conceito de desempenho multifuncional dos concretos permeáveis, associado à capacidade de conciliar permeabilidade hidráulica, resistência mecânica e capacidade adsortiva em um único material. Nessa perspectiva, os resíduos de caulim, tanto na fração fina (RCF) quanto na grossa (RCG), apresentam potencial de aplicação nas misturas de concretos permeáveis, uma vez que materiais à base de caulim são reconhecidos por sua capacidade adsortiva. Além disso, estima-se que, a cada tonelada de caulim beneficiado, cerca de 80% se torna resíduo. Esse cenário representa um relevante passivo ambiental, devido à ocupação de grandes áreas e à degradação ambiental associada à atividade mineradora, provocando impactos no solo e nos corpos hídricos adjacentes. Diante desse contexto, este estudo avaliou o desempenho multifuncional de concretos permeáveis contendo metacaulim, RCF e RCG, por meio de uma abordagem experimental integrada, incluindo análise mecânica, hidráulica e de adsorção de íons metálicos (Al³⁺ e Fe²⁺) presentes em águas pluviais contaminadas simuladas em laboratório. Inicialmente, realizou-se a caracterização química, mineralógica, física e morfológica dos materiais. Em seguida, o estudo foi desenvolvido a partir da análise preliminar das pastas cimentícias, que continham substituições e adições de metacaulim (10% e 20%) em relação à massa de cimento. As pastas com melhor desempenho mecânico foram posteriormente estudadas em misturas de concretos permeáveis de referência, compostas por agregado natural e substituições de 10 e 20% de metacaulim em relação à massa de cimento. Na sequência, foram analisadas misturas de concretos com substituição de 10% de metacaulim em relação à massa de cimento e adição do RCF e do RCG em teores de 10, 20, 30 e 40% em relação à massa de agregado natural (brita). Os concretos permeáveis foram avaliados nos estados fresco e endurecido. A caracterização física incluiu ensaios de índice de vazios, análise bidimensional por imagens obtidas por programação Python, análise tridimensional por microtomografia computadorizada de raios X (micro-CT), análise de textura e permeabilidade. As propriedades mecânicas foram determinadas pelos ensaios de resistência à compressão, à tração na flexão e à perda de massa por abrasão. Adicionalmente, avaliou-se a durabilidade frente à carbonatação. Para integrar as diferentes propriedades investigadas, empregou-se uma análise multicritério baseada em normalização adimensional, permitindo identificar as misturas RCF10 e RCG10 como aquelas com melhor desempenho global, conciliando permeabilidade, resistência mecânica e capacidade adsortiva. Os resultados demonstram que adições de 10% de RCF e RCG promoveram refinamento moderado da matriz pasta/agregado, aumento das resistências mecânicas e manutenção da permeabilidade em níveis adequados para pavimentos submetidos a cargas leves. Diferentemente disso, teores mais elevados RCG (30% e 40%) resultaram em misturas com maior heterogeneidade interna, interfaces menos coesas e maior perda de massa por abrasão. As misturas com resíduo apresentaram desempenho adsortivo expressivo nas primeiras horas de ensaio (First Flush), com remoções de Al³⁺ e Fe²⁺ variando entre 25% e 48%. Portanto, diante dos resultados obtidos foi possível destacar que teores de 10% de RCF e RCG pode ser considerado o mais viável do ponto de vista técnico para uso em concreto permeável. Dessa forma, a utilização desses resíduos pode contribuir para a economia circular, configurando uma solução tecnicamente viável e sustentável.
Abstract: The intensification of urban soil impermeabilization has aggravated problems related to drainage and stormwater quality, requiring construction techniques capable of simultaneously performing hydraulic, structural, and environmental functions. In this context, the concept of multifunctional performance of pervious concrete stands out, being associated with the ability to combine hydraulic permeability, mechanical strength, and adsorptive capacity within a single material. From this perspective, kaolin residues, both in the fine fraction (FKR) and coarse fraction (CKR), present potential for application in pervious concrete mixtures, since kaolin-based materials are recognized for their adsorptive capacity. In addition, it is estimated that, for every ton of processed kaolin, approximately 80% becomes waste. This scenario represents a significant environmental liability due to the occupation of large disposal areas and the environmental degradation associated with mining activities, causing impacts on soils and adjacent water bodies. Given this context, this study evaluated the multifunctional performance of pervious concretes containing metakaolin, FKR, and CKR through an integrated experimental approach, including mechanical, hydraulic, and adsorption analyses of metallic ions (Al³⁺ and Fe²⁺) present in simulated contaminated stormwater. Initially, the chemical, mineralogical, physical, and morphological characterization of the materials was performed. Subsequently, the study was developed based on a preliminary analysis of cement pastes containing metakaolin replacements and additions (10% and 20%) relative to cement mass. The cement pastes with the best mechanical performance were later investigated in reference pervious concrete mixtures composed of natural aggregate and 10% and 20% metakaolin replacements relative to cement mass. Thereafter, concrete mixtures containing 10% metakaolin replacement relative to cement mass and additions of FKR and CKR at contents of 10%, 20%, 30%, and 40% relative to natural aggregate mass were analyzed. The pervious concretes were evaluated in both fresh and hardened states. Physical characterization included void ratio tests, two-dimensional image analysis obtained through Python programming, three-dimensional analysis using X-ray micro-computed tomography (micro-CT), texture analysis, and permeability tests. Mechanical properties were determined through compressive strength, flexural tensile strength, and abrasion mass loss tests. Additionally, durability against carbonation was evaluated. To integrate the different investigated properties, a multicriteria analysis based on dimensionless normalization was employed, allowing the identification of mixtures FKR10 and CKR10 as those presenting the best overall performance by balancing permeability, mechanical strength, and adsorptive capacity. The results demonstrated that additions of 10% FKR and CKR promoted moderate refinement of the paste–aggregate matrix, increased mechanical strength, and maintained permeability at adequate levels for pavements subjected to light traffic loads. In contrast, higher CKR contents (30% and 40%) resulted in mixtures with greater internal heterogeneity, less cohesive interfaces, and higher abrasion mass loss. The mixtures containing residues exhibited significant adsorptive performance during the initial hours of testing (First Flush), with Al³⁺ and Fe²⁺ removal efficiencies ranging from 25% to 48%. Therefore, based on the obtained results, it was possible to highlight that 10% contents of FKR and CKR may be considered the most technically viable for application in pervious concrete. Thus, the use of these residues may contribute to the circular economy, constituting a technically feasible and sustainable solution.
Palavras-chave: Drenagem urbana sustentável
Multifuncionalidade
Adsorção de metais
Micro-CT
Sustainable urban drainage
Multifunctionality
Metal adsorption
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia Civil e Ambiental
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/38539
Data do documento: 26-Jun-2026
Aparece nas coleções:Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental

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