2

SUMÁRIO

1.0 INTRODUÇÃO ................................................................................... Pg. 03

2.0 OBJETIVOS ................................................................................... Pg. 03

2.1 OBJETIVO GERAL ........................................................................ Pg. 03

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................. Pg. 04

3.0 REFERENCIAL TEÓRICO ............................................................. Pg. 05

3.1 ESTUDO DAS CARACTERÍSTICAS

DO CONCRETO PERMEÁVEL .......................................................... Pg. 05

3.1.1. HISTÓRICO EVOLUTIVO DOS ESTUDOS DO CONCRETO ....... Pg. 05

3.1.2. ESTUDO SOBRE O CONCRETO PERMEÁVEL E POROSO ....... Pg. 06

3.1.3. A PROBLEMÁTICA DA URBANIZAÇÃO

E UTILIZAÇÃO DE PAVIMENTAÇÃO PERMEÁVEL ..................... Pg. 07

3.1.4. PROPRIEDADES DO CONCRETO PERMEÁVEL E POROSO .... Pg. 08

3.1.5. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

DO CONCRETO PERMEÁVEL E POROSO ......................................... Pg. 05

3.1.6. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

DO CONCRETO PERMEÁVEL E POROSO .......................... Pg. 10

3.2. MATERIAIS E DOSAGEM

DO CONCRETO POROSO E PERMEÁVEL ................................ Pg. 11

3.2.1. AGREGADOS ............................................................................ Pg. 11

3.2.2. AGLOMERANTES ..................................................................... Pg. 12

3.2.3. RELAÇÃO ÁGUA / CIMENTO ................................................... Pg. 12

3.2.4. ADITIVOS ................................................................................... Pg. 13

4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................ Pg. 14

3

1. INTRODUÇÃO

O concreto é o material construtivo mais utilizado no planeta, consumido na

grandeza de 11 bilhões de toneladas ao ano (PEDROSO, 2009) e amplamente

aplicado em centros urbanos. A mistura homogênea de agregados finos e médios

a grossos com materiais aglomerantes produz liga em meio aquoso e conforme

seu processo natural de cura, se solidifica.

A ampla aplicação do material resultante em meios urbanos cria amplas

superfícies impermeáveis, que juntamente com a ocupação indevida de margens

de rios e córregos e sistemas precários de vazão pluvial, acarretam picos de

cheias, agravando assim os problemas de enchentes e inundações em grandes

centros urbanos (BATEZINI, 2009).

A redução e ou eliminação dos agregados finos do concreto respondem pelo

aumento da capacidade de porosidade do elemento, que por sua vez é capaz,

mesmo em estado sólido, reduzir sua capacidade de impermeabilidade, e

consequente impacto nas mazelas acarretadas em períodos de alta incidência

pluvial (MONTEIRO, 2010).

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GERAL

O presente estudo se concentra no desenvolvimento de traços de concreto a partir

de materiais simples e comuns para a utilização em locais com tráfego de cargas

moderadas, tais como estacionamentos e calçadas, de forma que permita uma

área permeável maior nos centros urbanos e resulte na redução dos impactos

negativos acarretados pelo acúmulo pluvial nos períodos chuvosos.

4

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Obtenção prática de um traço de concreto altamente poroso para apresentação na

V Mostra Científica das Engenharias, a ser realizada pela Faculdade Capixaba da

Serra no ano de 2017;

Levantamento do estudo de dosagem de concreto estrutural e ou com função de

pavimentação, definição de traços e histórico de utilização e aplicação em centros

urbanos;

Avaliação da redução dos impactos pela utilização do concreto poroso em centros

urbanos durante períodos de alta incidência pluvial;

5

3. REFERENCIAL TEÓRICO

3.1. ESTUDO DAS CARACTERÍSTICAS DO CONCRETO PERMEÁVEL

3.1.1. HISTÓRICO EVOLUTIVO DOS ESTUDOS DO CONCRETO

Consumido na grandeza de 11 bilhões de toneladas ao ano, o concreto perde apenas

para água em termo de consumo global (PEDROSO, 2009). Considerando a água um

componente do concreto, observa-se a criação de um paradoxo onde aumentando o

consumo do concreto, também será aumentado o consumo de água.

Assumindo o conceito primário do concreto, definido como material resultante da

mistura de aglomerantes e agregados em meio hidratado que em seu estado

endurecido é possível retorná-lo à presença de água de forma que não altere suas

propriedades físicas (NEVILLE E BROOKS, 2013), ou ainda o adotado por Lenhonard

e Mönnig (2008) em que o concreto é um aglomerado constituído por agregados e

aglomerantes como o cimento que resulta numa estrutura estável que se assemelha

a uma rocha artificial. Ambas as classificações permitem comparar aos registros

históricos encontrados sobre utilização de um material com estas características no

império romano, cerca de quatro mil anos atrás, onde se misturava pozolana oriunda

do Monte Vesúvio, vulcão localizado no golfo de Nápoles historicamente conhecido

pela tragédia de Pompéia, com cal hidratada que agia como aglomerante à pasta

fresca que após um tempo determinado se tornava rígida semelhante à rocha

(BASTOS, 2014).

A capacidade do material retornar à presença de água em seu estado endurecido sem

que este reaja fisicamente com o meio aquoso (NEVILLE E BROOKS, 2013) é que

traz sua característica impermeabilizante, quando aplicado em superfícies.

Ao passar dos tempos a constante utilização do material primário permitiu variações

de acordo com a disponibilidade de materiais e o caráter empírico com os quais eram

misturados. Um passo importante que aproxima o material romano do que se conhece

por concreto no século XXI é a descoberta de um aglomerante derivado do

aquecimento e fina moagem de calcário e argilas das rochas da região de Portland,

na Inglaterra. Tal descoberta atribuída ao francês Joseph Aspdin no ano de 1824

iniciou a produção do mais importante aglomerante de concreto já conhecido: o

Cimento Portland.

6

As características do material em todos seus estados físicos, e das adições

quimicamente ativas e inertes aplicadas à mistura que conferiram modificações de seu

desempenho tornaram o cimento o aglomerante mais utilizado no mundo para a

elaboração de concretos de alto desempenho, concretos estruturais e até mesmo as

mais amadoras argamassas construtivas carregam a invenção de Aspdin (NEVILLE

E BROOKS, 2013).

De acordo com Neville e Brooks (2013) o concreto possui três situações distintas a

partir do ponto de vista das relações entre seus constituintes: a primeira o meio

cimentício, ou seja, o produto da mistura hidratada do cimento constitui o principal

material construtivo. A segunda situação compreende os agregados graúdos como

uma alternativa de preenchimento barato da massa, e na terceira a compreensão do

concreto como um material de duas fases: a pasta de cimento hidratada e os

agregados, observado o comportamento individual de cada uma de suas fases e a

interação entre elas.

3.1.2. ESTUDO SOBRE O CONCRETO PERMEÁVEL E POROSO

O concreto poroso, conhecido como concreto permeável ou porous concrete (POC),

é um tipo especial de concreto destinado, principalmente para pavimentação bastante

utilizado nos Estados Unidos e Europa, é composto por cimento Portland, materiais

de graduação aberta, agregado graúdo, pouco ou nenhum fino, aditivos e água

(FERGUSON, 2005).

O concreto poroso também é utilizado em barreiras de som, para reduzir o barulho

das rodovias por reflexão acústica (KIM e LEE, 2010) e como dispositivo de drenagem

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

O American Concrete Institute (ACI 522, 2010) define o concreto poroso como uma

estrutura que possui vazios interconectados entre si que permitem que a água passe

através da superfície. É considerado material de construção sustentável, uma vez que

reduz o escoamento das águas pluviais, melhora a qualidade da água de recarga do

lençol freático e pode reduzir o impacto da urbanização.

As principais diferenças entre o concreto convencional e o concreto poroso se

encontram na capacidade de resistência à compressão dos diferentes materiais, onde

o concreto convencional com agregados na faixa entre 30% e 50% do total

7

desenvolvem resistência à compressão entre 20 e 60 MPa, enquanto o poroso com

concentração de agregados nula ou irrisória desenvolve resistências à compressão

entre 3 e 30 MPa (MONTEIRO, 2010).

3.1.3. A PROBLEMÁTICA DA URBANIZAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE

PAVIMENTAÇÃO PERMEÁVEL

A ocupação urbana nas grandes cidades causa o aumento da freqüência de cheias

urbanas devido ao aumento de superfícies impermeáveis que tem dificultado a

infiltração da água das chuvas. As superfícies impermeáveis tem sido responsáveis

pela diminuição da qualidade das bacias hidrográficas em áreas urbanas, tem afetado

a disponibilidade hídrica, e tem causado aumento no escoamento superficial. Estima-

se que nessas áreas as bacias têm recebido menos de um quarto de todo volume

precipitado sendo o restante direcionado aos cursos d’água, ocasionando enchentes

urbanas, erosão do solo e arraste de poluentes para.

Em termos de drenagem urbana, os sistemas tradicionais que antes eram voltados

para a canalização do escoamento estão sendo substituídos por sistemas

sustentáveis que incluem a implantação de medidas estruturais como bacias de

retenção e detenção, poços de infiltração e pavimentos drenantes.

Os pavimentos permeáveis são superfícies drenantes que promovem a infiltração,

armazenamento e percolação de parte ou da totalidade da água provinda do

escoamento superficial para dentro de uma camada de armazenamento temporário

no terreno, a qual é absorvida gradualmente pelo solo (ALVES; COSTA, 2007).

Pavimentos permeáveis incluem asfalto e concreto porosos, blocos vazados e uma

variedade de outros materiais, que podem ser utilizados em grande parte das

superfícies urbanas comunitárias, tais como calçadas, estacionamentos, praças,

parques e áreas externas, como vias locais e pequenos acessos (FERGUSON, 1994).

A principal característica dos pavimentos de concreto poroso é permitir a infiltração da

água através de sua superfície, para sua posterior infiltração no solo. Este tipo de

pavimento tem sido bastante analisado na atualidade por ser uma alternativa viável

tanto do ponto de vista técnico como econômico (AZAÑEDO, HELARD e MUÑOZ,

2007).

8

A partir dos anos 1970, na Europa e na America do Norte surgiu a necessidade de

soluções para os problemas hidrológicos acarretados pelo intenso desenvolvimento

urbano, estudos experimentais foram iniciados, e a partir dos anos 1980 teve início a

sua utilização operacional (BAPTISTA, 2005). No Brasil, diversos estudos estão sendo

realizados para avaliar a eficiência e aplicabilidade destas estruturas para o

amortecimento das cheias. Em países desenvolvidos, mais avançados nessa

tecnologia, já se observa a preocupação com a qualidade da água e diversas

aplicações práticas no sentido de reutilizá-la.

Esse material apresenta características construtivas semelhantes ao convencional. A

diferença está na eliminação do material fino da sua composição, aumentando a

porosidade final da mistura (URBONAS e STAHRE, 1993).

3.1.4. PROPRIEDADES DO CONCRETO PERMEÁVEL E POROSO

Segundo Ospina e Erazo (2007) o concreto poroso deve ter granulometria adequada

para garantir a abertura de poros que permita a passagem de água pelo material,

preferencialmente agregado graúdo com ausência parcial de finos. Deve apresentar

porosidade elevada de 15 a 20%, que é alcançada limitando-se o conteúdo de

argamassa entre 20 e 30% e resistência a compressão de 7MPa aos 28 dias.

As propriedades do concreto poroso dependem da granulometria, quantidade de

cimento, relação água/cimento e quantidade de vazios (AZAÑEDO, HELARD e

MUÑOZ, 2007). A graduação do agregado é um dos fatores que interferem nas

propriedades do concreto poroso, pois influência a resistência e a permeabilidade, que

são propriedades importantes para o desempenho do concreto poroso.

Para o concreto poroso utiliza-se o agregado de graduação aberta, que apresenta

distribuição granulométrica contínua com insuficiência de materiais finos (menor que

0,075 mm) para preencher os vazios entre as partículas maiores, resultando em maior

volume de vazios, e consequentemente em maior permeabilidade ao concreto.

Apesar de ser conhecido como concreto sem finos, a presença do agregado fino é

importante porque aumenta a resistência na zona da interface entre o agregado

graúdo e a pasta. Segundo YANG et al (2008) a zona de transição entre a pasta e o

agregados é pequena e fraca. Com o aumento da quantidade de finos pode-se

9

perceber um aumento na resistência a compressão, pois os finos preenchem os

espaços entre o agregado graúdo e a pasta de cimento, melhorando a ligação entre

os agregados aumentando a resistência do concreto poroso. Por outro lado o uso de

material fino diminui os vazios e bloqueiam a comunicação entre os poros diminuindo

a permeabilidade que é a principal propriedade desse material.

3.1.5. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DO CONCRETO PERMEÁVEL E

POROSO

Porosidade é a propriedade que tem a matéria de não ser contínua, havendo espaço

entre as massas (SILVA, 1991) é obtida pela relação entre o volume de vazios e o

volume de sólidos (PETRUCCI, 1973). Para que uma amostra seja considerada

porosa, deve ter entre 15% e 35 % de seu volume ocupado por vazios (ACI 522, 2010).

O concreto convencional é um material que, por sua própria constituição, é

necessariamente poroso, por que não é possível preencher a totalidade dos vazios do

agregado com pasta de cimento (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

A permeabilidade é a propriedade que identifica a possibilidade de passagem de água

através do material. Essa passagem pode ser por filtração sob pressão, por difusão

através dos condutos capilares e por capilares. (TARTUCE, 1990). A interconexão

entre os vazios no concreto torna permeável à água. Essa é uma importante

propriedade considerando o concreto exposto ao ar, aos ataques de águas agressivas

ou a ação dos agentes atmosféricos (MEHTA; MONTEIRO, 2008).

A capacidade de drenagem do concreto poroso depende do tamanho do agregado e

da densidade da mistura. A quantidade total de vazios é maior quanto menor o

tamanho dos agregados. (KIM E LEE, 2010)

3.1.6. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO PERMEÁVEL E

POROSO

Lian e Zhuge (2010) avaliaram a resistência a compressão, e permeabilidade para

diferentes tipos de agregados e graduações. O tipo de rocha de que se obtém o

agregado graúdo afeta a resistência do concreto poroso independente da

10

graduação do mesmo. Isso pode ser atribuído pela diferença na resistência a

compressão, na forma das partículas e na textura do próprio agregado. Afirmam

ainda que as partículas que tem alta absorção de água não produzem altas

resistências, por que a pasta em volta do agregado perde água, e produz uma

zona de transição ainda mais fraca.

Segundo Lian e Zhuge (2010) o uso do agregado de um único tamanho favorece

a permeabilidade, o agregado com partículas variando entre 9,5mm e 4,75mm

produz um aumento na resistência a compressão e diminuição da permeabilidade

do concreto poroso, e o agregado bem graduado causaria diminuição das

resistências a compressão simples e tração na flexão do concreto poroso. Ainda

assim os três tipos de agregados estudados mostraram permeabilidade favorável,

e, além disso, pode-se concluir que a adição de materiais finos pode aumentar a

resistência do concreto poroso.

A utilização de agregado miúdo aumenta a resistência, apesar de representar uma

pequena perda de permeabilidade. O teor de finos entre 9,5 a 4,75 mm

recomendado é de cerca de 20% o que garante pouca interferência no

comportamento do concreto, ou seja, o concreto irá apresentar boa resistência e

permeabilidade. (YANG et al, 2008)

Geralmente baixa resistência é associada à alta porosidade (HUANG et al., 2009).

O concreto poroso com agregado graúdo de diâmetro máximo característico 19

mm (Brita 1) produz vantagem hidrológica porque apresenta poros de maiores

tamanhos e maior permeabilidade, menor retração e fissuração inicial que o de

diâmetro máximo característico de 9,5 mm (Brita 0), mas possui menor resistência

a compressão porque tem menor área de superfície de contato interna entre o

agregado e a pasta de cimento (YANG e JIANG, 2003).

11

3.2. MATERIAIS E DOSAGEM DO CONCRETO POROSO E PERMEÁVEL

3.2.1. AGREGADOS

A granulometria afeta tanto a resistência quanto a permeabilidade do concreto

endurecido. O agregado exerce grande influência nas propriedades do concreto, é o

principal responsável pela massa unitária, pelo módulo de elasticidade e estabilidade

dimensional do concreto. Essas propriedades do concreto dependem principalmente

da densidade e resistência do agregado. Ou seja, a composição química e

mineralógica das fases sólidas tem menor importância que suas características

físicas. (MEHTA e MONTEIRO, 2008)

Segundo MEHTA e MONTEIRO (2008) a resistência do agregado não tem influência

direta na resistência do concreto convencional, exceto se o agregado for muito

quebradiço. Ainda assim, a resistência não é influenciada diretamente pela dimensão

e pela forma do agregado. Indiretamente, o agregado maior produz maior quantidade

de água de exsudação interna acumulada, enfraquecendo a zona de transição na

interface pasta-agregado o que gera uma ruptura por cisalhamento na superfície da

partícula do agregado. Ou seja, o concreto rompe na pasta, o ponto mais fraco, e não

no agregado graúdo.

Estudos anteriores indicam que, para o concreto poroso a graduação, tamanho das

partículas e a relação massa de agregado por massa de cimento são fatores que

afetam diretamente a porosidade, permeabilidade e resistência a compressão

(HUANG et al., 2009).

A granulometria tem efeito na demanda de água, na trabalhabilidade, densidade,

segregação e acabamento de um concreto (PRETUCCI, 1973). Agregados com

excessiva quantidade de finos requerem maior quantidade de cimento visto que há

necessidade de envolver uma superfície maior. Isso vale também para o agregado

graúdo, ao diminuir o DMC para preencher o mesmo volume aumenta-se a área

superficial, portanto requer mais pasta de cimento para envolver o agregado, ou caso

contrário, o agregado fica mais seco (OSPINA e ERAZO, 2007).

12

3.2.2. AGLOMERANTES

Um dos mais antigos materiais aglomerantes dos quais há registro é a cal hidratada

natural proveniente do beneficiamento de calcário. Este antigo aglomerante não é

necessariamente o mais aplicado na atualidade, desde que Aspdin inventou o

Cimento Portland, tornando o último o preferido no desenvolvimento de concreto

desde 1824 (BASTOS, 2006).

Todavia, considerando que a cal é componente reológico resultante da hidratação do

Cimento Portland, assim como no início deste trabalho foi traçado um paradoxo entre

o consumo de água e concreto, é possível repetir o paradoxo comparativo entre a cal

e o cimento, onde crescendo o consumo de cimento, também cresce o consumo da

cal hidratada, ainda que esta permaneça sempre aquém do consumo do aglomerante

de Portland.

Geralmente utiliza-se cimento Portland comum, mas, pode-se utilizar cimentos

especiais de acordo com as condições de exposição e tipo de cura, já que o concreto

poroso tem cura rápida devido a sua estrutura alveolar que permite a circulação de ar.

(OSPINA e ERAZO, 2007).

Um grande consumo de cimento irá produzir um concreto mais resistente, por outro

lado reduz a porcentagem de vazios interconectados entre si, perdendo sua

capacidade de infiltração. Recomenda-se utilizar consumo de cimento entre 270 kg/m³

e 415 kg/m³ para seguir os requisitos de resistência e permeabilidade (AZAÑEDO,

HELARD e MUÑOZ, 2007). O concreto poroso é produzido com mais cimento que o

concreto denso (FERGUSON, 2005).

3.2.3. RELAÇÃO ÁGUA CIMENTO

A água utilizada na produção do concreto tem duas funções principais: reagir

quimicamente com as partículas de cimento e controlar a trabalhabilidade

(AÏTCIN,1995 apud PRADO, 2006). Assim como no concreto convencional a relação

A/C e a resistência a compressão estão relacionadas inversamente, porém no

concreto poroso a relação é ainda mais complexa devido à água exercer função de

13

lubrificante quando se trata do adensamento e deve variar de 0,35 a 0,5 quando for é

feito por compactação (OSPINA e ERAZO, 2007).

A quantidade de água tem grande influência nas propriedades da mistura. No estado

fresco, uma pequena quantidade de água resulta em uma massa sem consistência e

com baixa resistência e uma grande quantidade de água gera uma pasta que sela os

vazios e que lava o cimento da superfície do agregado, produzindo uma baixa

resistência ao desgaste superficial (AZAÑEDO, HELARD e MUÑOZ, 2007).

A relação água cimento tem menor efeito nas propriedades do concreto poroso

(HUANG et al, 2009), é, na realidade, uma variável que depende da quantidade e tipo

de cimento e da granulometria do agregado. Utiliza-se como critério para determinar

esse valor encontrar a quantidade de água em que a pasta adquire brilho metálico.

Geralmente esse valor está entre 0,24 e 0,45 (AZAÑEDO, HELARD e MUÑOZ, 2007).

Lian e Zhuge estudaram relações água/cimento entre 0,30 e 0,38 e concluíram que

para relação água/cimento maior que 0,34 a resistência a compressão diminui e a

permeabilidade aumenta. Os melhores resultados foram obtidos a 0,32 e não se

recomenda relação água-cimento menor que 0,30.

3.2.4. ADITIVOS

Aditivos são substâncias acrescentadas ao concreto para melhorar suas propriedades

como resistência mecânica e durabilidade. Aditivos químicos geralmente são

encontrados na forma líquida e são adicionados ao concreto em pequenas

quantidades (FERGUSON, 2005). São empregados de acordo com a necessidade de

se obter produtos com qualidade superior, porque modifica ou proporciona

propriedades ao material fresco ou endurecido, tornando-os mais trabalháveis, mais

resistentes as solicitações mecânicas e químicas ou ainda torná-los mais econômicos

e duráveis. (TARTUCE, 1990)

Os aditivos químicos são classificados principalmente pela função que possuem,

como por exemplo:

14

Os plastificantes permitem reduzir a água de amassamento com ganho na

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

agregado (FERGUSSON, 2005). Os aditivos retardadores atrasam o tempo de pega

do cimento durante o transporte, é utilizado para concreto poroso moldado em loco

afim evitar a perda de água de amassamento e a necessidade de alto fator

água/cimento.

Aditivos minerais são utilizados com o intuito de melhorar a consistência e reduzir o

tamanho da zona de transição entre o agregado e a argamassa, que é considerada a

parte menos resistente do conjunto. (KIM e LEE, 2010).

A utilização de sílica ativa demanda mais água para manter a trabalhabilidade da

mistura, por isso recomenda-se o uso de outra adição química. Lian e Zhuge (2010)

mostram que a adição de sílica ativa (10%) representa um pequeno aumento da

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

superplastificante (0,8%) gera maior ganho em resistência. Isso se deve ao fato de as

partículas de sílica ativa serem distribuídas uniformemente e preencherem os

capilares da pasta de cimento sem perda da permeabilidade. A sílica ativa exerce

influência positiva na resistência a compressão tanto no concreto poroso quanto no

concreto convencional.

15

4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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FACULDADE CAPIXABA DA SERRA

GRUPO MULTIVIX

BIANCA BOMFIM ALVES LEITE

CARLA LUZIA REIS

GÉLIS DINIZ

HAYSON DIAS OLIVEIRA

JOSÉ CARLOS PEREIRA

VICTÓRIO MONTEIRO GASPARINI FILHO

WELLINGTON GARCIA DA LUZ TEIXEIRA

ZAQUEU DOS SANTOS PEREIRA

CONCRETO PERMEÁVEL PARA ÁREAS URBANAS:

ESTUDO E DESENVOLVIMENTO

Serra,ES

2017

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JOSÉ CARLOS PEREIRA

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WELLINGTON GARCIA DA LUZ TEIXEIRA

ZAQUEU DOS SANTOS PEREIRA

CONCRETO PERMEÁVEL PARA ÁREAS URBANAS:

ESTUDO E DESENVOLVIMENTO

Trabalho desenvolvido como base para apresentação na V Mostra Científica das Engenharias MULTIVIX Serra 2017, e obtenção parcial de aprovação em cadeiras relativas ao sexto período do curso de Graduação em Engenharia Civil. Orientador: Prof. MsC. Eng. Roger Rodrigues

Serra,ES

2017