Reologia do concreto fresco
Marco Antônio de Morais Alcantara
1:a:p:x
Onde:
1 se refere ao cimento tomado como unidade, “a” expressa a relação mássica entre o agregado miúdo e o cimento, “p” por sua vez expressa a relação mássica entre o agregado graúdo e o cimento, e, finalmente, “x” expressa a relação mássica entre a água e o cimento.
“X” é expressa a relação mássica entre a água e o cimento, ou
seja, a relação água cimento. Por outro lado, H(%) representa a quantidade
total da água adicionada com relação à quantidade total de materiais secos.
Sabe-se que “a+p” é conhecida como “m”, a relação “agregado
total/cimento”. A variável “m” expressa
quão rico ou pobre é um traço com relação ao consumo de cimento.
A mesma quantidade de água adicionada ao concreto deve
atender tanto a demanda desta por hidratação das partículas de cimento, como de
fornecer as condições de manuseio do concreto, de modo que:
X = [H(%)(1+m)]/100
Desta relação se observa que: em se mantendo constante o
valor de “m”, o valor da relação água/cimento (“x”) cresce com o incremento da
relação água/materiais secos (H%), assim como, o inverso.
A Figura 1 ilustra a relação entre “x” e H(%) para valores
crescentes de “m”.
Figura 1: Relação
entre “x”, H(%) e “m”
Fonte: Autor
As proporções entre os materiais componentes do concreto
podem refletir nas suas propriedades no estado fresco e no estado endurecido.
No estado fresco são ressaltadas a consistência e a mobilidade, as quais devem
ser compatíveis com o processo tecnológico a ser adotado na construção. Dentre
os ensaios conhecidos de validação do concreto, o ensaio de abatimento com o
auxílio do tronco de cone, prescrito conforme a NBR NM 67/1988, procura avaliar
a adequação do concreto, pela avaliação indireta da sua consistência, em
consonância com o processo de adensamento a ser adotado. Este processo de
avaliação é valido para os casos de concretos coesivos.
Neste sentido, são apresentadas algumas manipulações e
resultados no estado fresco, com base no valor do abatimento, para diversas
situações, envolvendo os parâmetros em questão. Os resultados são obtidos
conforme aula prática de laboratório de materiais de construção civil na FEIS/UNESP,
e de revisão da literatura, conforme trabalhos apresentados e publicados no
INSA de Rennes e na FEIS/UNESP. Foram utilizados os mesmos tipos de agregados.
Caso 1
Resultados obtidos a partir de uma aula prática.
O valor de “m” é constante, H(%) varia.
O Quadro 1 apresenta as composições que foram elaboradas para o estudo, onde m=4, e H(%) varia entre 8, 9, e 10%. Foram também definidas composições com a relação “agregado miúdo/agregado total” dadas por 30 e 40%. Foi utilizado o cimento Portland CPZ -32.
Quadro 1: Composições
adotadas para o estudo com “m” constante, H(%) variável e porcentagem de
agregado miúdo variando entre 30 e 40% com relação ao agregado total
Constituintes em massa (kg)
|
|||
30% de areia
|
|||
H(%)
|
8
|
9
|
10
|
Cimento
|
10
|
10
|
10
|
Agregado miúdo
|
12
|
12
|
12
|
Agregado graúdo
|
28
|
28
|
28
|
Água
|
4
|
4,5
|
5
|
Total
|
54
|
54,5
|
55
|
40% de areia
|
|||
H(%)
|
8
|
9
|
10
|
Cimento
|
10
|
10
|
10
|
Agregado miúdo
|
16
|
16
|
16
|
Agregado graúdo
|
24
|
24
|
24
|
Água
|
4
|
4,5
|
5
|
Total
|
54
|
54,5
|
55
|
O Quadro 2, e a Figura 2, apresentam os valores do abatimento
encontrados para os respectivos casos, em função da relação água/materiais
secos H(%).
Quadro 2: Valores dos
abatimentos em função da relação água materiais secos e porcentagem de areia
com relação ao agregado total
30%
|
|||
H(%)
|
8
|
9
|
10
|
Abatimento (cm)
|
2,75
|
7
|
19
|
40%
|
|||
H(%)
|
8
|
9
|
10
|
Abatimento (cm)
|
1,9
|
11
|
21
|
As Figuras 3 a 5 ilustram as imagens dos respectivos
abatimentos.
Figura 3: Abatimento
para o valor de H(%) dado por 8%
Figura 4: Abatimento
para o valor de H(%) dado por 9%
Figura 5: Abatimento
para o valor de H(%) dado por 10%
Pode-se observar que o valor do abatimento é proporcional ao
valor da relação água/materiais secos. Observa-se também que o valor do
abatimento é mais favorecido para os casos onde a porcentagem de agregado miúdo
no agregado total representa 40%, com exceção do caso onde o valor de H(%) é o
mais baixo.
Buscará então fazer uma breve análise dos parâmetros de
dosagem para estas composições. Os parâmetros de dosagem se encontram no Quadro
3.
Quadro 3: Parâmetros
de dosagem das composições adotadas para o estudo com “m” constante, H(%)
variável e porcentagem de agregado miúdo variando entre 30 e 40% com relação ao
agregado total
30%
|
|||
H(%)
|
8
|
9
|
10
|
Agua/cimento
|
0,4
|
0,45
|
0,5
|
Água/materiais secos
|
0,08
|
0,09
|
0,1
|
Teor de argamassa
(1+a)/(1+m)
|
0,44
|
0,44
|
0,44
|
Massa de argamassa/total
|
0,481
|
0,486
|
0,491
|
Massa de
argamassa/agregado graúdo
|
0,929
|
0,946
|
0,964
|
Pasta de cimento/agregado
miúdo
|
1,167
|
1,208
|
1,250
|
Massa da água/agregado
miúdo
|
0,333
|
0,375
|
0,417
|
40%
|
|||
H(%)
|
8
|
9
|
10
|
Agua/cimento
|
0,4
|
0,45
|
0,5
|
Água/materiais secos
|
0,08
|
0,09
|
0,1
|
Teor de argamassa
(1+a)/(1+m)
|
0,48
|
0,48
|
0,48
|
Massa de argamassa/total
|
0,556
|
0,560
|
0,564
|
Massa de
argamassa/agregado graúdo
|
1,250
|
1,271
|
1,292
|
Pasta de cimento/agregado
miúdo
|
0,875
|
0,906
|
0,938
|
Massa da água/agregado
miúdo
|
0,25
|
0,281
|
0,313
|
Os respectivos parâmetros ora apresentados foram definidos
com base em que:
O cimento é um material fino que forma pasta com a água; é um
agente de contribuição para a acentuação das propriedades viscosas do concreto.
A pasta atua como fator aglomerante dos agregados miúdos,
formando a argamassa. As forças coesivas desta argamassa serão dependentes das
condições de viscosidade atribuídas pelo cimento. A argamassa também pode atuar
como lubrificante mediante os efeitos oriundos do atrito provocado pelos
agregados graúdos.
A fase argamassa e a fase agregados graúdos representam as
contrapartidas dadas pelo efeito da coesão (argamassa), e atrito e inércia
(agregados graúdos), de modo a se estabelecer um jogo entre as respectivas
atuações.
A água total incorporada ao concreto permite fazer a
lubrificação das partículas, reduzindo o atrito interno.
Observa-se que quando o valor de H(%) cresce, o valor de “x” também o faz. Desta maneira, o incremento da água incorporada permite a melhor lubrificação entre as partículas, assim como a diluição da pasta de cimento, reduzindo desta forma a viscosidade desta.
A Figura 6 apresenta a relação mássica entre fase argamassa e
o concreto total, assim como, a Figura 7 apresenta a relação mássica entre a
fase argamassa e o agregado graúdo, para ambos tipos de concretos com relação à
porcentagem de agregado miúdo.
Figura 6: Relação
mássica entre fase argamassa e o concreto total
Figura 7: Relação
mássica entre a pasta de cimento e o agregado graúdo
Considerando então a variação de H(%), se observa o crescimento
da fração argamassa no concreto, assim como uma crescente atuação da fase que
atua com as forças viscosas, sobre a fase que atua com as forças de inércia,
mas, como o incremento da água promovendo a diluição da pasta de cimento, e a
redução da viscosidade da argamassa, esta tende a atuar com maior poder de
lubrificação dos agregados. Da mesma
maneira, se pode ressaltar que com o aumento de H(%), ocorre o incremento da
pasta e da água, com a redução do atrito interno entre as partículas, conforme
ilustrado nas Figuras 8 e 9.
Figura 8: Relação
mássica entre a pasta de cimento e o agregado miúdo
Figura 9: Relação
entre a massa da água e o agregado miúdo
Com a preponderância da atuação da fase argamassa nas
condições de mobilidade, e, com a diluição progressiva do cimento, assim como,
com a disponibilidade progressiva da água na redução do atrito interno, é
compreensível que o aumento desta fase pudesse contribuir para o caso do
aumento dos valores de abatimento, inclusive, com o benefício das composições
com 40% de agregado miúdo no agregado total. Com relação ao caso de 8(%), onde
o valor do abatimento foi menor para o caso de 8%, a demanda requerida de água
e o aumento do agregado miúdo, para o caso onde a disponibilidade da água era
menor, contribuiu para este resultado.
Caso 2 Resultados obtidos em outras experiências
O caso 2 implica em duas situações:
Caso 2 Resultados obtidos em outras experiências
O caso 2 implica em duas situações:
Caso 2 a: Teor de
argamassa não é fixo
São apresentadas 3 composições no Quadro 4, definidas a
partir de uma porcentagem de agregado miúdo dada por x% com relação ao agregado
total, fixado o mesmo consumo de cimento, a quantidade de água, e propõe a
variação da relação agregado/cimento (“m”). Estas composições são apresentadas
conforme Blanchet (2013). A quantidade do agregado miúdo com relação ao
agregado total é mantida constante, e nestas condições, o teor de argamassa se
mantém variável. Foi utilizado o cimento Portland CPZ II-32.
Quadro 4 : composições adotadas
para os casos de H(%) constante e “m” variável
Constituintes em massa (kg)
|
|||
m
|
3
|
4
|
5
|
Cimento
|
10
|
10
|
10
|
Agregado miúdo
|
13,5
|
18
|
22,5
|
Agregado graúdo
|
16,5
|
22,4
|
28
|
Água
|
4
|
5
|
6
|
Total
|
44
|
55,4
|
66,5
|
Fonte: Blanchet (2013)
O Quadro 5, e a Figura 10, apresentam os valores do
abatimento encontrados para os respectivos casos, em função da relação agregado/cimento.
Quadro 5: Valores dos
abatimentos em função da relação agregado/cimento, para casos de H(%) constante
e “m” variável
m
|
3
|
4
|
5
|
Abatimento (cm)
|
4,5
|
19
|
23,5
|
Figura 10: Valores
dos abatimentos em função da relação agregado/cimento, para casos de H(%)
constante e “m” variável
Pode-se observar que o valor do abatimento é crescente com
relação ao valor da relação agregado total/cimento. Como no caso anterior, buscará
também fazer uma análise dos parâmetros de dosagem, para as três composições.
Os parâmetros de dosagem se encontram no Quadro 6.
Quadro 6: Parâmetros
de dosagem para composições adotadas para os casos de H(%) constante e “m”
variável
m
|
3
|
4
|
5
|
Agua/cimento
|
0,4
|
0,5
|
0,6
|
Água/materiais secos
|
0,091
|
0,090
|
0,090
|
Porcentagem do agregado
miúdo no agregado total
|
44,5
|
44,5
|
44,5
|
Teor de argamassa
(1+a)/(1+m)
|
0,583
|
0,556
|
0,537
|
Massa de argamassa /total
|
0,63
|
0,60
|
0,58
|
Massa de
argamassa/agregado graúdo
|
1,67
|
1,473
|
1,375
|
Pasta de cimento/agregado
miúdo
|
1,04
|
0,833
|
0,711
|
Massa da água/agregado
miúdo
|
0,296
|
0,278
|
0,267
|
A água incorporada se mantém constante em porcentagem do
material seco.
Observa-se pelos parâmetros de composição que, o valor da
relação água/cimento cresce a partir da elevação do valor de “m”, ao se manter
H(%) constante e com “m” crescente. Isto vem a promover um efeito de diluição
da pasta de cimento, de modo a diminuir a viscosidade da pasta e da argamassa.
As Figuras 11 a 14 ilustram as relações entre as variáveis. Se
por um lado a água disponível para as condições de manuseio se torna menor para
as partículas de agregado miúdo (Figura 11), a quantidade de argamassa por
agregado graúdo também diminui (Figura 12). Se por um lado, a argamassa de
lubrificação para o agregado graúdo é diminuída (Figura 14), com o crescimento
de “m”, esta também se torna menos acentuada quanto à viscosidade, em razão da
diluição do cimento e da pasta.
Figura 11: Relação
mássica entre a massa da água e o agregado miúdo
Figura 12: Relação
mássica entre a pasta de cimento e o agregado miúdo
Figura 13: Relação
mássica entre a fase da argamassa e o concreto total
Figura 14: Relação
mássica entre a fase da argamassa e o agregado graúdo
Caso 2 b: (H%) é
constante, “m” varia e o teor de argamassa é fixo
Um outro exemplo é apresentado com base em uma exploração dos
resultados no estado fresco apresentados em Nadeu (2016), e dos traços por ele
apresentados. Neste caso, H%) é mantido aproximadamente constante, enquanto que
“m” varia conforme os traços fraco, médio e forte.
A porcentagem de areia com relação ao agregado total é dada
de modo a se manter o mesmo teor de argamassa. Os traços são dados em (i)
1:1,16:2,34:0,39; (ii) 1:1,88:3,12:0,5 e (iii) 1:2,60:3,90:0,66. A quantidade
do agregado miúdo com relação ao agregado total é variável, de modo a manter
constante o teor de argamassa. Foi utilizado o cimento Portland CPZ II-32. Com
base em um consumo de cimento em 10kg, as composições são apresentadas no
Quadro 7.
Quadro 7: Composições
com (H%) constante, “m” varia e o teor de argamassa é fixo
Constituintes em massa (kg)
|
|||
m
|
3,5
|
5
|
6,5
|
Cimento
|
10
|
10
|
10
|
Agregado miúdo
|
11,6
|
18,8
|
26
|
Agregado graúdo
|
23,4
|
31,2
|
39
|
Água
|
3,9
|
5
|
6,6
|
Total
|
48,9
|
65
|
81,6
|
O quadro 8, e a Figura 15, apresentam os valores do
abatimento encontrados para os respectivos casos, em função da relação agregado/cimento.
Quadro 8: Valores dos
abatimentos em função da relação agregado/cimento, para H(%) fixo “m” variável,
e teor de argamassa fixo
m
|
3,5
|
5
|
6,5
|
Abatimento (cm)
|
6,02
|
6,02
|
6,02
|
Pode-se observar que para este caso o valor do abatimento é mantido
constante com relação ao valor da relação agregado total/cimento. Como nos
casos anteriores, buscará fazer uma análise dos parâmetros de dosagem, para as
três composições. Os parâmetros de dosagem se encontram no Quadro 9.
Quadro 9: Parâmetros
de dosagem Composições com (H%) constante, “m” varia e o teor de argamassa é
fixo
m
|
3,5
|
5
|
6,5
|
Agua/cimento
|
0,39
|
0,5
|
0,66
|
Água/materiais secos
|
0,087
|
0,083
|
0,088
|
Porcentagem do agregado
miúdo no agregado total
|
33
|
38
|
40
|
Teor de argamassa
(1+a)/(1+m)
|
0,48
|
0,48
|
0,48
|
Massa de argamassa /total
|
0,521
|
0,52
|
0,522
|
Massa de
argamassa/agregado graúdo
|
1,090
|
1,083
|
1,092
|
Pasta de cimento/agregado
miúdo
|
1,198
|
0,798
|
0,638
|
Massa da água/agregado
miúdo
|
0,39
|
0,266
|
0,254
|
Algumas observações interessantes podem ser levantadas com relação aos parâmetros destas últimas composições. Duas coisas se mantém constantes para estas composições: a quantidade de água incorporada com relação aos materiais secos, e a proporção entre a fase da argamassa e a fase dos agregados graúdos. A fase da argamassa representa o material responsável pelas forças coesivas, enquanto que a fase dos agregados representa o material responsável pela inércia e pelo atrito. Este equilíbrio talvez seja o principal responsável pela constância no valor do abatimento.
Por outro lado, o aumento da relação água/cimento tende a
diluir a pasta de cimento, e a quantidade de pasta e de água por agregado miúdo
vem a diminuir, diminuindo a coesão interna da argamassa, mas favorecendo o
atrito entre as partículas.
As Figuras 16 a 19 ilustram a relação entre as variáveis.
Figura 16: Relação
mássica entre a fase argamassa e o concreto total
Figura 16: Relação
mássica entre a fase argamassa e o concreto total
Figura 17: Relação
mássica entre a fase argamassa e o agregado graúdo
Figura 18: Relação
mássica entre a pasta de cimento e o agregado miúdo
Considerações finais
Pela observação dos três casos apresentados, nota-se que:
Nos três casos apresentados se verifica o aumento gradativo da relação água/cimento, o que contribui para a diluição da pasta de cimento.
O teor de argamassa, dado por (1+a)/(1+m) se mantiveram
constante, ou variável, mas implicando em diferentes condições. Para o caso 1
ela se manteve constante para os casos de 30 e de 40% de agregado miúdo com
relação ao agregado total, conservando a estrutura granular com relação aos
demais materiais secos, mas, o aumento gradativo da relação água/materiais
secos contribuiu para a gradativa redução da viscosidade do concreto, assim
como o poder coesivo da argamassa, tornando-a mais lubrificante para os
agregados graúdos, e, permitindo melhores condições de mobilidade e de
abatimento do concreto.
Para o caso 2, o teor de argamassa, dado por (1+a)/(1+m), é
diminuído com o aumento do valor de “m”, assim como, a relação mássica entre a
argamassa e o concreto, e com relação a argamassa e o agregado graúdo. O
conjunto de forças coesivas diminuiu pela quantidade de argamassa e pela
redução da viscosidade da pasta de cimento. Isto veio a permitir condições mais
favoráveis à mobilidade do concreto.
Para o terceiro caso a relação do teor de argamassa, dado por
(1+a)/(1+m) se conserva, no sentido de preservar a estrutura granular com
relação aos demais materiais secos, como no caso 1, todavia, a água incorporada
ao concreto se conserva constante, com relação aos demais materiais secos. A
argamassa de recobrimento sobre os agregados graúdos se conserva, mantendo
próximas as condições de coesão e de lubrificação.
Bibliografia
Associação Brasileira
de Normas Técnicas. Concreto-Determinação da consistência pelo abatimento do
tronco de cone. NBR NM 67-Rio de Janeiro, 1988, 8p.
BLANCHET, T. Gestion du chantier et évaluation d’un système de dosage du Béton. INSA –Rennes, 2013, 89p. PFE (trabalho de formatura)
NADEU, G.R Obtenção de diagrama de dosagem do
concreto. FEIS/UNESP, 2016, 43p. (trabalho de conclusão de curso)
NEVILLE, A. M. Propriedades do Concreto. São Paulo: Pini, 1997, 828p.
