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ANÁLISE DO GRAU DE CONTAMINAÇÃO DO SOLO PARA PROJETO ESTRUTURAL
DE FUNDAÇÕES VISANDO NÍVEL SUPERIOR DE DESEMPENHO
B. FERNANDES J. O. PATZLAFF F. L. BOLINA
Acadêmico Engenharia Civil Prof. Eng.º Civil, MSc. Eng.º Civil, Mestrando PPGArqUrb
itt Performance/UNISINOS itt Performance/UNISINOS itt Performance/UNISINOS
São Leopoldo; Brasil São Leopoldo; Brasil São Leopoldo; Brasil
[email protected] [email protected] [email protected]
RESUMO
O debate concernente ao desempenho das edificações está em evidência no cenário brasileiro, principalmente após a
aprovação da ABNT NBR 15575:2013. Essa Norma estabelece, dentre outros aspectos, que o sistema estrutural deve
atender a um nível de desempenho mínimo, intermediário ou superior, visando uma Vida Útil de Projeto (VUP) de 50,
63 e 75 anos, respectivamente. Com o intento de implantar o nível de desempenho superior a um sistema estrutural de
uma edificação localizada na cidade de Novo Hamburgo, no Brasil, realizou-se uma análise do solo, com o objetivo de
deduzir o grau de contaminação e/ou potencial de agressividade que este meio proporcionará aos elementos estruturais
de concreto enterrados, sendo eles as estacas e os blocos de coroamento destas. Fundamentados em uma análise (a)
química de contaminação por sulfatos até a profundidade de 16m e (b) física quanto ao grau de permeabilidade do solo
da superfície, concluiu-se que o solo possui baixo potencial de agressividade desses elementos e a VUP de 75 anos é
atendida com recomendações baseadas apenas no controle das espessuras mínimas de cobrimento nominal das
armaduras, relação água/cimento e resistência à compressão característica do concreto.
1. INTRODUÇÃO
O frequente número de manifestações patológicas observadas em obras já entregues, acrescido do alto investimento
destinado ao reparo e a manutenção dos sistemas constituintes das edificações, principalmente o estrutural, o setor da
construção civil debate e fomenta os conceitos de durabilidade [1]. Definida como a capacidade de uma estrutura ou de
seus elementos satisfazer, com devida manutenção programada, a funcionalidade prevista em projeto [2], a durabilidade
apresenta-se como fator fundamental a ser admitido ainda na fase de concepção de uma edificação, sendo, ademais, um
item obrigatório [3].
Dentro deste cenário, em 2013 entrou em vigor no Brasil a ABNT NBR 15575-1 [3], Norma de Desempenho das
Edificações Habitacionais, a qual estabelece critérios e requisitos de desempenho para os elementos e sistemas que
constituem uma edificação. Dentre os requisitos, destaca-se a definição de uma vida útil de projeto mínima, período no
qual a edificação e seus sistemas devem manter o desempenho previsto ao longo do tempo. Em relação ao sistema
estrutural, a norma estabelece vidas úteis de 50 (desempenho mínimo), 63 (desempenho intermediário) e 75 anos
(desempenho superior).
No que tange o requisito de vida útil, a Norma de Desempenho sugere como um método de avaliação a análise do
projeto, recomendando a verfiicação dos materiais e processos construtivos segundo os parâmetros mínimos de
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Análise do grau de contaminação do solo para projeto estrutural de fundações visando nível superior de desempenho
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durabilidade normativamente admitidos. No caso de estruturas de concreto armado, devem ser seguidos os parâmetros
estabelecidos na ABNT NBR 6118 – Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimento [4]. Segundo a Norma, os
parâmetros de durabilidade a serem admitidos em projeto variam em função da classe de agressividade ambiental que o
elemento estrutural estrá inserido. Estes parâmetros são, em essência, a resistência à compressão característica do
concreto, a relação água/cimento e o cobrimento nominal mínimo das armaduras.
Contudo, a referida norma, apesar de estabelecer parâmetros de projeto para as estruturas enterradas, não admite os
agentes agressivos tipicamente encontrados em solos contaminados, tal como os sulfatos, os quais são frequentemente
recorrentes em ambientes desta tipologia e são, por conseguinte, comumente analisados em normas e cadernos de
recomendações internacionais [5-8]. Ressalta-se também que a Norma [4] não indica para qual tempo de vida útil de
projeto os critérios de durabilidade são definidos [9], embora se acredite que as recomendações lá estabelecidas são
válidas para VUP de 50 anos.
O presente estudo refere-se a uma edificação residencial localizada na cidade de Novo Hamburgo, Rio Grande do Sul,
Brasil, na qual buscou-se o atendimento ao nível superior em todos os requisitos da norma. Quanto ao projeto de
fundações, este objetivo limitou-se a análise do solo no qual estas estarão inseridas e, posteriormente, definir o grau de
agressividade ambiental das mesmas, concluindo acerca dos parâmetros mínimos do concreto a serem implantados. Esta
análise auxiliou, portanto, na tomada de decisão destes parâmetros de durabilidade que serão utilizados no projeto e que
serão fundamentais para garantir a vida útil da estrutura de 75 anos.
A análise do potencial de agressiviade ambiental foi realizada por meio de dois ensaios: de permeabilidade do solo e de
contaminação. O primeiro, de permeabilidade, foi executado para a verificação da potencialidade de percolação de
agentes agressivos pelo solo, presente no próprio solo ou oriundos do exterior. O segundo ensaio, de contaminação, foi
realizado de modo a verificar a presença de íons sulfato no solo (probabilidade de ter-se um solo já contaminado), sendo
este um dos principais agentes agressivos ao concreto [10].
2. REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
Os conceitos de durabilidade, desempenho e vida útil são correlatos. Segundo a ABNT NBR 15575 [3], a durabilidade é
“a capacidade de uma edificação e de seus sistemas de desempenhar suas funções ao longo do tempo e sobre as
condições de uso e manutenção especificadas”. Ao citar que os sistemas devem “desempenhar suas funções”, a norma
de desempenho refere-se ao comportamento da edificação ou sistema durante o uso, que nada mais é que a própria
definição de desempenho para a referida normativa. No conceito de durabilidade ainda é apresentada a asserção “ao
longo do tempo”, introduzindo, assim, o conceito de vida útil: “período de tempo em que um edifício e/ou seus sistemas
se prestam às atividades para as quais foram projetados e construídos considerando a periodicidade e correta execução
dos processos de manutenção”.
De modo a garantir o desempenho e a vida útil de uma estrutura, provém fundamental estudar todos os agentes
intervenientes na durabilidade de uma edificação e de seus sistemas, podendo eles serem oriundos da etapa de projeto,
execução, escolha dos materiais, uso e manutenção. Em termos de projeto, a classificação do ambiente no qual a
edificação está inserida influencia diretamente na durabilidade e, por consequência, no desempenho e na vida útil [11,
3]. A análise ambiental também auxiliará na definição dos parâmetros de durabilidade do concreto (resistência
característica a compressão, relação água/cimento e cobrimento), visto que estes, conjuntamente com fatores ligados a
execução (cura), controlam a permeabilidade e a porosidade do concreto, dificultando ou facilitando a penetração de
agentes agressivos [11].
No caso de estruturas enterradas em contato com o solo, não raramente são encontrados agentes químicos que podem
provocar a deterioração do concreto [10]. Dentre os agentes químicos agressivos, destaca-se o sulfato, que além do solo,
pode ser encontrado em lençóis freáticos, no mar, no ar, efluentes industriais, fertilizantes e no próprio concreto [12,
13]. Uma grande parte dos solos apresenta uma quantidade de sulfato na forma de gipsita, porém em quantidades
inofensivas ao concreto [14]. Contudo, algumas regiões podem apresentar altas taxas de sulfato, como é o caso de solos
localizados no sul da Austrália, no Canadá e no Reino Unido [15]. Ressalta-se também que os sulfatos podem ser
originados a partir da decomposição biológica de substâncias orgânicas e de águas residuárias industriais [13].
O ataque químico por sulfatos ocorre, essencialmente, de duas diferentes maneiras: reação do íon de sulfato com os
componentes de aluminato oriundos da hidratação do cimento, formando etringita, ou pela da reação com o hidróxido
de cálcio, gerando gesso [12]. Este último tipo de ataque apresenta uma variação, quando da presença de carbonatos,
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Análise do grau de contaminação do solo para projeto estrutural de fundações visando nível superior de desempenho
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formando taumasita [10]. As consequências do ataque de sulfato são a expansão e a fissuração, que aumentam a
permeabilidade do concreto, intensificando assim o processo de deterioração do mesmo e a perda de sua função e
capacidade estrutural. Outros danos tipicamente recorrentes deste ataque são a perda progressiva de resistência e a
redução da massa, em razão da perda dos produtos da hidratação do cimento portland [14].
Os principais fatores que influenciam o ataque por sulfato são “a quantidade e a natureza do sulfato presente, o nível de
água e sua variação sazonal, o fluxo de água subterrânea e a porosidade do solo, a forma de construção e a qualidade do
concreto” [14]. Em relação a porosidade, ressalta-se que esta característica, junto com a permeabilidade, influenciam a
facilidade na qual os íons agressivos serão respostos na superfície em contato com o concreto [10]. A permeabilidade e
a porosidade de um solo dependerão, essencialmente, da granulometria do solo analisado, além do índice de vazios,
estrutura, composição mineralógica e grau de saturação [16].
3. METODOLOGIA
3.1 Análise química do solo
Para a análise química do solo, foram extraídos amostras. Devido ao cronograma da obra e ao fato de que os furos
realizados seriam utilizados no estaqueamento, seguiu-se as recomendações de coleta de amostra de solo da ABNT
NBR 9604 [17]. A extração foi realizada mediante utilização de uma perfuratriz hidráulica de sondagem, sendo
realizadas coletas de camadas em 9 diferentes profundidades. Para cada camada, foram retirados 1 kg de amostra, que
foram condicionados em sacos plásticos hermeticamente fechados, de modo a manter a umidade do solo.
Nas figuras 1 e 2 são apresentadas as imagens da coleta das amostras. As amostras foram encaminhadas ao Laboratório
de Saneamento Ambiental da UNISINOS, responsável pela análise das amostras.
Figura 1 - Início das perfurações com a perfuratriz
hidráulica
Figura 2 - Coleta de amostras de solo a diferentes
profundidades
O método de ensaio utilizado é o disposto no documento de análises químicas para avaliação da fertilidade do solo da
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA). O método consiste na extração do sulfato por íons fosfato
dissolvidos em ácido acético 2,0M e posterior quantificação do sulfato disponível pela medição da turbidez formada
pela precipitação de sulfato pelo cloreto de bário [18].
De cada camada foram retiradas amostras de 10 cm3 (10g), que foram adicionadas em um Erlenmeyer de 125ml,
conjuntamente com 25ml de solução extratora (Ca(H2PO4)2.H2O e Ácido Acético 2,0M). Agitou-se o Erlenmeyer por
30 minutos e após, adicionou-se 0,25g de carvão ativado. A mistura foi novamente agitada e filtradada, obtendo-se uma
camada de sobrenadante cristalino.
Em um tubo de ensaio, foram adicionados 10mL desta camada, conjuntamente com uma solução de ácido clorídrico
(HCl) 6,0M com 20 mg de enxofre por litro. A esta mistura, foram adicionados 500g de Cloreto de Bário de pureza
elevada. Os tubos foram repousados por um minuto e na sequência, agitados por 30 segundos. A turbidez formada foi
medida através da utilização de um espectrofotômetro a 420nm. O aparelho utilizado foi um espectrofotômetro FEMTO
600 plus, com faixa espectral de 325 a 1100 nm e largura de banda de 5 nm.
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3.2 Permeabilidade do solo
A determinação da permeabilidade do solo foi realizada por meio do ensaio “rebaixamento d’água”, preescrito pela
Associação Brasileira de Geologia de Engenharia [19]. Neste ensaio, encheu-se um furo de 1m de profundidade com
água até o topo. O nível d’água foi mantido estável durante 10 minutos e, após decorrido esse tempo, marcou-se o
instante zero de medição. Em intervalos de tempos pré-estabelecido, realizou-se a leitura do rebaixamento. A medida
foi realizada em dois diferentes pontos do terreno em questão e os detalhes do enchimento do ensaio de permeabilidade
podem ser observados nas figuras 4 e 5. Na figura 6, o esquema do ensaio estabelecido pela ABGE [19].
Figura 3 - Enchimento d’água do furo de ensaio à
permeabilidade
Figura 4 - Detalhe do furo de ensaio à permeabilidade
Figura 5 – Esquema do ensaio de rebaixamento d’água [19]
Na figura 6 também são elucidados os coeficientes que são admitidos no cálculo do coeficiente de permeabilidade (k),
demonstrado na equação a seguir.
𝑘 =
∆ℎ
∆𝑡× (
𝑟
𝑅)2 (1)
𝑅2 + 𝑅 − ℎ = 0 (𝑒𝑚 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠) (2)
Onde:
k: coeficiente de permeabilidade (cm/s)
∆h: rebaixamento (cm)
∆t: tempo decorrido (s)
r: raio do furo (cm)
h: altura da lâmina d’água (m)
R: raio da parábola com vértice no centro do furo (m)
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Ressalta-se o fato de que o nível d’água do terreno estava abaixo da cota do estaqueamento, de 17,5 metros. Assim
sendo, não foram retiradas amostras da água subterrânea para a análise do sulfato, visto que esta não entrará em contato
com o concreto das estacas e do bloco de coroamento.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
O resultado da análise de contaminação de solo por íons sulfato das 9 amostras coletadas é apresentado na tabela 1. Em
cada camada foram analisadas 3 amostras de 10g, sendo o maior dos valores de concentrção de sulfato assumido como
o característico, conforme recomendações do British Research Estabilishment [10].
Tabela 1 – Resultado da análise química do solo
AMOSTRA CONTAMINAÇÃO (μg/cm³ = mg/l =
ppm)
% em
massa (camada)
2,5m 4,66 0,000466
5,0m 0,5884 0,00005884
7,0m ND ND
9,0m 2,305 0,0002305
10,5m 1,6612 0,00016612
12,0m 1,2321 0,00012321
13,5m 0,1592 0,00001592
16,0m 0,6599 0,00006599
17,5m 0,5168 0,00005168
A presença de íons de sulfato encontrada nas amostras de solo foi comparada com a classificação de classes de
agressividade ambiental quanto a presença de sulfatos de três diferentes normas: ACI 318-11 – Building Code
Requirements for Structural Concrete [6], ACI 201.2R-08 – Guide do Durable Concrete [5] e a BS 8500:2006 –
Concrete – Complementary British Standard to BS EN 206-1 [7]. Estas podem ser visualizadas nas tabelas 2 e 3.
Tabela 2 - Classificação da Agressividade Ambiental da ACI 318-11 e da ACI 201.28-08
Classe de Agressividade
Ambiental
Sulfato Solúvel Em Água
(SO4) Presente no Solo (% em
massa)
CO 0,00 até 0,10
C1 >0,1 e < 0,2
C2 0,2 até <2,0
C3 2,0 ou mais
Tabela 3 - Classificação da Agressividade Ambiental da BS 8500:2006
Classe de Dimensionamento
para Ataque por Sulfatos
Potencial Total de
Sulfato (% SO4)
DS-1 <0,24
DS-2 0,24 até 0,6
DS-3 0,7 até 1,2
DS-4 1,3 até 2,4
DS-4m 1,3 até 2,4
DS-5 >2,4
DS-5m >2,4
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Ao comparar as taxas de percentual de sulfato encontradas com as taxas especificadas pelas normativas acima
referenciadas, constata-se que a presença de sulfatos é praticamente nula, apresentando situações onde não foi possível
detectar a presença de sulfatos (camada de 7,0 m). A variabilidade da concentração de sulfatos nas diversas camadas
utilizadas é comum, visto que a distribuição de sulfatos varia horizontal e verticalmente nos solos [15]. Esta variação
está ligada com as condições climáticas: em locais onde a taxa de evaporação é maior que a precipitação, maiores
concentrações de sulfato podem ser encontradas na superfície [20]. Isto, somado ao fato de que a coleta foi realizada em
maio, período de baixa precipitação na região sul [21], explica a maior taxa de concentração encontrada na superfície do
solo em estudo.
Em relação a permeabilidade do solo analisado, a tabela 4 apresenta as medidas de rebaixamento da água, os dados
geométricos dos furos realizados e o coeficiente de permeabilidade k encontrado.
Tabela 4 – Resultados do Ensaio de Permeabilidade
Medida de Rebaixamento
furo 1 furo 2
t (s) h (cm) h (cm)
15 0 0
30 0 0
60 0 0
120 0 0
180 0 0
300 0 0
420 0 0
600 0 0
900 0,2 0,3
1200 0,3 0,4
1800 0,4 0,8
Dados Geométricos
Δh (cm) 0,4 0,8
d (cm) 60 60
h (cm) 100 100
h (m) 1 1
Δt (s) 1800
Coeficiente de Permeabilidade
k (cm/s) 0,0000524 0,0001047
Os valores do coeficiente de permeabilidade foram confrontados com a classificação dos solos proposta por Terzaghi e
Peck [16], apresentadas na tabela 5.
Tabela 5 – Resultados do Ensaio de Permeabilidade
k (cm/s) Grau de permeabilidade
k < 10−7 Praticamente Impermeável
10−7< k <10−5 Muito Baixo
10−5< k <5.10−3 Baixo
10−3< k <10−1 Médio
k >10−1 Alto
F. Bolina; J. O. Patzlaff; B. Fernandes; B. F. Tutikian / Análise Do Grau De Contaminacao Do Terreno Para Projeto
Estrutural De Fundações: Estudo De Caso
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Os resultados apresentados nas duas análises realizadas evidenciam que os componentes estruturais em contato com o
solo não estão susceptíveis a ataques de sulfatos. No primeiro ensaio, de contaminação do solo quanto a presença de
sulfato, as 9 amostras apresentaram teores baixíssimos de íon de sulfato, sendo classificadas nas classes de mais baixa
agressividade nas normas ACI 318-11, ACI 201.28-08 e BS 8500:2006. A outra característica analisada, da
permeabilidade, mostrou que o solo é praticamente impermeável, ou seja, a possibilidade de ocorrer percolação no solo
é baixa.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Pode-se afirmar que a possibilidade da ocorrência de ataque por sulfato nos elementos de fundação da estrutura é
ínfima. As taxas de sulfato determinadas são pequenas em todas as camadas de solo em que a fundação estará presente,
indicando que a presença deste íon no solo em estudo é praticamente nula, bem como a potencialidade de deterioração
dos elementos enterrados. O terreno em estudo apresenta nível d’água abaixo da cota de fundo da estaca, o que, somado
a baixa permeabilidade do solo, remete a uma baixa probabilidade de percolação de outros agentes externos.
Entretanto, a baixa agressividade do solo não dispensa a atenção e o cumprimento dos parâmetros de durabilidade
normativamente admitidos para as estruturas de concreto, tais como o controle da relação água/cimento, da resistência
característica à compressão e da espessura do cobrimento nominal das armaduras. O estabelecimento destes parâmetros,
conjuntamente com uma correta execuçao e uso das estruturas, propiciarão a durabilidade, o desempenho e a vida útil
desejada a esta edificação, não se fazendo necessário adotar nenhuma medida especial para atender a este requisito
temporal.
6. CONCLUSÃO
O solo apresenta baixa quantidade de agentes químicos potencialmente agressivos ao concreto, não se fazendo – afora
os parâmetros já definidos por norma – adotar nenhuma medida especial de proteção a estes elementos para que se
atinja uma vida útil mínima de 75 anos.
7. REFERÊNCIAS
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ciência e tecnologia, v.1, São Paulo, 2011, p. 773-808.
[2] International Organization For Standardzation (ISO), “General Principles On The Design Of Structures For
Durability”. ISO 13823, Geneva, 2012, 39p.
[3] Associação Brasileira De Normas Técnicas (ABNT), “NBR 15575-1: Edificações Habitacionais – Desempenho.
Parte 1: Requisitos Gerais”. ABNT NBR 15575-1:2013, Rio de Janeiro, 2014, 60p.
[4] Associação Brasileira De Normas Técnicas (ABNT), “NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto-
Procedimento”. ABNT NBR 6118:2014, Rio de Janeiro, 2014, 238p.
[5] American Concrete Institute (ACI), “Guide to Durable Concrete”. ACI 201.2R-08, Michigan, 2008, 49p.
[6] American Concrete Institute (ACI), “Building Code Requirements for Structural Concrete”. ACI 318-11,
Michigan, 2011, 49p.
[7] British Standards (BSI), “Concrete – Complementary British Standard to BS EN 206-1 – Part 1: Method Of
Specifying and Guidance for the Specifier”. BS 8500-1:2006, London, 2006, 60p.
[8] European Standard (EN), “Concrete Part 1 – Specification, performance, production and conformity”. EN 206-
1:2007, Brussels, 2007, 84p.
[9] Bolina,F.L. et al., “Recomendações de projeto para elementos estruturais enterrados segundo as exigências de
desempenho superior da ABNT NBR 15575: 2013”. Anais do 56º Congresso Brasileiro do Concreto, 2014, 16p.
[10] British Research Estabilishment (BRE), “Concrete In Aggressive Ground”. BRE Special Digest 1:2005, Garston,
2005, 63p.
[11] Possan, E., “Modelagem da Carbonatação e Previsão de Vida Útil de Estruturas de Concreto Em Ambiente
Urbano”. Tese de Doutorado, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2010, 265p.
[12] Costa, R.M., “Análise de Propriedades Mecânicas do Concreto Deteriorado Pela Ação de Sulfato Mediante
Utilização do UPV”. Tese de Doutorado, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2004, 246p.
[13] Veiga, K.K., “Desempenho Do Cimento Portland Branco Com Escória De Alto-Forno E Ativador Químico Frente
Ao Ataque Por Sulfato De Sódio”. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria,
2011, 219p.
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Análise do grau de contaminação do solo para projeto estrutural de fundações visando nível superior de desempenho
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[14] Mehta, P.K. e Monteiro,P.J.M. “Concreto – Microestrutura Propriedades e Materiais”. 2ª Edição, São Paulo,
2014, 782p.
[15] Neville, A., “The Confused World Of Sulfate Attack On Concrete”. Cement and Concrete Research, v34, 2004, p.
1275-1296.
[16] Fernandes, M.M., “Conceitos e Princípios Fundamentais – Volume 1”. Mecânica dos Solos – Volume 1, 3ª
Edição, Porto, 2012, 463p.
[17] Associação Brasileira De Normas Técnicas (ABNT), “NBR 9604: Abertura de Poço e Trincheira de Inspeção em
Solo com Retirada de Amostras Deformadas e Indeformadas”. ABNT NBR 9604:1986, Rio de Janeiro, 1986, 9p.
[18] Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), “Análises Químicas Para Avaliação da Fertilidade do
Solo”. Documentos nº 3. Centro Nacional de Pesquisa de Solos. 1998, 44p.
[19] Associação Brasileira de Geologia em Engenharia (ABGE), “Ensaios de permeabilidade em solos: Orientações
para sua execução no campo”. 3ª Edição, São Paulo, 1996, 35p.
[20] Eglinton, M. “Resistance of concrete to destructive agencies”. Lea’s Chemistry Of Cement and Concrete. Fourth
Edition. 1998, 299-342
[21] 8º Distrito de Meteorologia – INMET. “Média de precipitação pluviométrica”. Disponível em:
<http://www2.portoalegre.rs.gov.br/codec/default.php?p_secao=73>. Acesso em: 29 mar. 2015.
[22] Pye, P.W. e Harrison, H.W. “Floors And Flooring: Performance, diagnosis, maintenance, repair and avoidance of
defects”. BRE Building Elements. Fourth Edition. 2003.
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