Empacotamento (1) – explicações

Pode ser definido como a correta seleção da proporção e do tamanho das partículas, de modo que as partículas

menores preencham os vazios deixado entre as partículas maiores, visando minimizar a quantidade de vazios da mistura.

A classificação dos agregados com relação à suas formas e dimensões é importante para garantir um bom arranjo no concreto, de forma que se possa obter um material com menor índice de vazios, melhorando assim suas propriedades físicas e mecânicas.

Além dos requisitos físicos, devem-se considerar os aspectos econômicos: o concreto deve ser produzido com materiais que tenham custo compatível com a vida útil prevista para a obra.

Contudo, a distribuição granulométrica dos agregados que compõem os concretos pode ser composta, a partir de duas ou mais composições, de modo a obter um produto com alta densidade a partir do empacotamento das partículas, tal que os espaços entre as partículas maiores são preenchidos pela classe de partículas imediatamente menor e, assim sucessivamente.

O efeito da distribuição granulométrica sobre o empacotamento das partículas vem sendo estudado desde o início do século passado, quando surgiu a ideia de que os agregados com distribuição granulométrica contínua proporcionavam melhores propriedades aos concretos e argamassas. Dentre os estudos relevantes na definição da curva de distribuição granulométrica, destaca-se o de Füller e Thompson (1907), que realizaram trabalhos empíricos de correção da granulometria dos agregados naturais para a produção de concretos e argamassas.

Füller e Thompson (1907) concluíram a partir de experimentos empíricos de dosagens que, para uma mesma porcentagem de cimento num dado volume de concreto, havia certa distribuição de tamanhos de grão do agregado que proporcionava maior resistência à ruptura, e melhor trabalhabilidade, ou seja, a distribuição granulométrica influencia na compacidade da mistura, e quanto maior a compacidade, maior a resistência mecânica. Füller e Thompson (1907) afirmaram que o perfil da curva granulométrica que melhor representaria a distribuição granulométrica é a curva da elipse.

Com o interesse pelo empacotamento das partículas aumentou em diferentes áreas da engenharia. Esse interesse pode ser explicado pelo fato de que uma grande parte dos materiais naturais ou industriais com os quais lidamos diariamente são - ou contém - partículas de diferentes formas e tamanhos. Nesse campo de ação, as "partículas" são consideradas como os grãos de agregados, minerais, metais ou pós-químicos, solos, moléculas, poros ou rochas. Assim, o comportamento de tais materiais depende parcialmente das propriedades das partes que o compõem e parcialmente das interações entre elas.

A fluidez inicial de suspensões concentradas, tais como o concreto, também depende de considerações físicas, isto é, da distribuição granulométrica, do índice de forma e da textura superficial das partículas. Sendo assim, o projeto da distribuição de tamanho de partículas é de fundamental importância, pois promove o empacotamento e, juntamente com o fluido, define as propriedades reológicas do material durante o processo de mistura e quando no estado fresco.

Atualmente, com a utilização de um superplastificante, os concretos de alto desempenho possuem uma maior densidade devido à redução na quantidade de água de mistura. Além disso, componentes finos e ultrafinos, com formato esférico - adições - têm sido adicionados às misturas tanto para facilitar o auto-adensamento quanto para garantir uma melhor compactação e preenchimento dos vazios existentes entre os grãos, aumentando ainda mais a densidade desses materiais. Devemos lembrar também que a eficiência do superplastificante não está condicionada apenas por sua compatibilidade com o cimento, mas também pelas técnicas de mistura e transporte, pela correta dosagem, pela metodologia de incorporação, pelas condições ambientais e por uma total compreensão de todas as vantagens que podem ser obtidas com o seu uso.

Geralmente, o tempo de escoamento diminui com o aumento do teor de superplastificante até o chamado ponto de saturação, a partir do qual já não diminui significativamente. Esta dosagem é definida como ótima, ou seja, é o ponto em que, nas condições experimentais consideradas para medir o tempo de escoamento, qualquer aumento na dosagem do aditivo não produz qualquer efeito significativo sobre a reologia da pasta de cimento. O ponto de saturação de um superplastificante varia de um cimento para outro, quando usado o mesmo aditivo, e de um superplastificante para outro, quando usado o mesmo cimento. Ele depende do tipo de cimento (granulometria, quantidade e reatividade do C3 A, do teor e da taxa de dissolução dos sulfatos), da relação água/cimento, do tipo de superplastificante, do tipo e da dosagem das adições minerais e da sequência e tempo de mistura dos materiais constituintes. Assim, com tantos fatores influenciando o comportamento de um superplastificante na presença de um determinado cimento, já se compreende que a simples dosagem recomendada por um produtor de aditivo tem pouco significado. Para cada combinação cimento-superplastificante e dosagem de mistura existirão uma dosagem ótima de aditivo.

Graças à utilização simultânea de aditivo superplastificante e de adições minerais tem sido possível produzir, em laboratório, concretos com resistência à compressão de aproximadamente 150 Mpa (medida em corpos-de-prova cilíndricos). Esses materiais, considerados de alto desempenho, podem interessar não apenas por causa da elevada resistência mecânica, mas também por outras características, tais como o maior módulo de elasticidade, menor exsudação, menor fluência e retração e maior durabilidade. Resistências ainda maiores têm sido obtidas devido à utilização de técnicas especiais, como autoclave, compactação com alta pressão ou impregnação com polímeros; porém, essas técnicas envolvem procedimentos caros e, que às vezes, são difíceis de serem aplicadas em elementos de escala real, como vigas e lajes.

Teoricamente, para alcançar um empacotamento perfeito, ou seja, 100% de densidade, não precisariam de adição de água na mistura. A combinação do perfeito empacotamento junto com boa trabalhabilidade é um paradoxo, pois a fluidez é o efeito das partículas se moverem umas em relação às outras, separadas por um líquido, sendo que sem esse líquido atuando como lubrificante o empacotamento perfeito torna-se contraditório com a trabalhabilidade. Logo, a diminuição da quantidade de água e o aumento da densidade se tornou a principal tarefa no desenvolvimento tecnológico dos materiais a base de cimento. Assim, o conceito de uma alta densidade de empacotamento foi recentemente redescoberto como um parâmetro chave para a obtenção de materiais cimentícios de ultra-alto desempenho.