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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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B. Fernandes; J. O. Patzlaff; F. L. Bolina

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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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

[1] Medeiros, M.H.F. et al., “Durabilidade e Vida Útil das Estruturas de Concreto”. In: Isaia, G. C. (Ed.), Concreto:

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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[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

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