Viscosidade plástica e limite de escoamento

Embora a API SPEC 10A (1995) indique a adoção do modelo de potência em detrimento do modelo de Bingham, para os casos em que a diferença entre os seus coeficientes de correlação seja inferior a 0,05, a avaliação das pastas foi realizada através do modelo de Bingham, em função da norma NBR 9831 especificar limites para a viscosidade plástica e o limite de escoamento, que são os parâmetros deste modelo.

Os mesmos parâmetros estatísticos adotados na análise das propriedades mecânicas foram adotados aqui. Os resultados de viscosidade plástica são os constantes das tabelas 56 e 57.

Tabela 56. Resultados de viscosidade plástica [Pa.s].

Batelada

23 34

FAC baixo FAC alto FAC baixo FAC alto 0,1843 0,0689 0,1401 0,0562 0,2097 0,0614 0,1386 0,0644 Concentração de biopolímero baixo 0,1930 0,0627 0,1341 0,0592 0,2037 0,1004 0,2472 0,0966 0,1542 0,0899 0,2465 0,0907 Concentração de biopolímero alto 0,1711 0,0801 0,2367 0,0847

Tabela 57. Resumo dos parâmetros estatísticos adotados para viscosidade plástica. Soma dos Quadrados Média dos Quadrados F0 Calculado F0 Tabelado SSa 0,01 MSa 0,01 F0a 60,46 4,49 F0a 0,05/1/16 SSb 0,00 MSb 0,00 F0b 0,08 4,49 F0b 0,05/1/16 SSc 0,08 MSc 0,08 F0c 592,81 4,49 F0c 0,05/1/16 SSab 0,01 MSab 0,01 F0ab 50,02 4,49 F0ab 0,05/1/16 SSac 0,00 MSac 0,00 F0ac 2,66 4,49 F0ac 0,05/1/16 SSbc 0,00 MSbc 0,00 F0bc 0,49 4,49 F0bc 0,05/1/16 SSabc 0,01 MSabc 0,01 F0abc 42,72 4,49 F0abc 0,05/1/16

Os resultados mostram que a concentração de biopolímero exerce influência no valor da viscosidade plástica para o intervalo de 2,0 % a 3,0 %. Como o biopolímero atua quelando o cálcio do cimento Portland, sua maior concentração dificulta a mobilidade das partículas e, consequentemente, a viscosidade aumenta.

Embora tenha havido mudança nos valores de viscosidade plástica para as duas bateladas, esta variação não foi significativa ao nível de significância de 95 %. O cimento Portland, neste caso, mesmo com idades distintas, não provocou mudanças no comportamento reológico com relação à viscosidade plástica.

Isto pode ter ocorrido por causa da conservação adequada do cimento velho que evitou sua hidratação precoce (provocada pela umidade relativa do ar), com a conseqüente formação de

partículas maiores que poderiam dificultar o escoamento da pasta no viscosímetro e, portanto, aumentar a viscosidade plástica. No entanto, no início deste relatório, foi relatado que o cimento velho foi inadequadamente estocado o que implica necessariamente na hidratação precoce. Este resultado, aparentemente contraditório, reforça a necessidade de se peneirar o cimento Portland na preparação de amostras para ensaios, pois desta forma, os grãos hidratados são eliminados e a viscosidade plástica apresenta valores semelhantes aos ensaios realizados com cimento novo. Observe-se que, embora os resultados de viscosidade plástica sejam semelhantes, não se pode dizer o mesmo das propriedades mecânicas, pois se o peneiramento elimina grãos grandes, o material que fica já está parcialmente hidratado e servirá apenas como carga no processo de hidratação final e não contribuirá com a resistência mecânica final.

Assumindo o papel de lubrificante, a água mostra sua importância no comportamento reológico das pastas: quanto mais água, menor o valor da viscosidade plástica. A água assume, assim, uma função limite: se por um lado reduz a viscosidade, o que é bom para o processo de bombeio, reduz também as propriedades mecânicas, o que é ruim para a durabilidade dos poços, este resultado leva à necessidade de se buscar um valor de equilíbrio para o fator água-cimento, que faça as pastas apresentarem boa viscosidade e boas propriedades mecânicas. A sugestão que se trás aqui é a de que as pastas devam ser aditivadas com dispersantes de 3ª geração (efeito estéreo, ver item 2.9), que permitem a redução brusca de água sem perda de fluidez e sem o risco de ocorrência de sedimentação.

Quanto aos valores propriamente ditos de viscosidade plástica, pode-se perceber que praticamente todos ultrapassaram o valor limite da NBR 9831, que é de 0,055 Pa.s. Embora isto não seja bom resultado, fica aqui a sugestão de se avaliar as pastas com a introdução de aditivos específicos.

Observando-se os valores de viscosidade plástica da pasta com FAC de 0,40, 2,0 % de biopolímero e cimento Portland especial da batelada 34, tem-se uma média de 0,1376 Pa.s. Esta mesma pasta, ensaiada com 1,0 % de dispersante de 2ª geração, apresentou valores de viscosidade plástica de 0,059, ou seja, mesmo com um FAC baixo, a viscosidade plástica se mostrou sensível ao efeito do dispersante, indicando que o biopolímero não bloqueia a ação do mesmo. Este resultado parcial reforça a necessidade de se reduzir o FAC para se obter melhor propriedade mecânica e se adotar dispersante de 3ª geração para compensar o provável aumento da viscosidade.

Tabela 58. Resultados de limite de escoamento [Pa].

Batelada

23 34

FAC baixo FAC alto FAC baixo FAC alto 46,457 24,574 33,655 16,559 41,038 22,355 36,204 15,203 Concentração de biopolímero baixo 39,239 21,651 34,928 14,605 55,700 33,966 27,770 16,930 65,615 30,552 29,303 20,757 Concentração de biopolímero alto 60,201 29,679 34,667 19,428

Tabela 59. Resumo dos parâmetros estatísticos adotados para limite de escoamento. Soma dos Quadrados Média dos Quadrados F0 Calculado F0 Tabelado SSa 254,15 MSa 254,15 F0a 30,93 4,49 F0a 0,05/1/16 SSb 1 218,63 MSb 1 218,63 F0b 148,30 4,49 F0b 0,05/1/16 SSc 2 370,45 MSc 2 370,45 F0c 288,46 4,49 F0c 0,05/1/16 SSab 284,96 MSab 284,96 F0ab 34,68 4,49 F0ab 0,05/1/16 SSac 1,20 MSac 1,20 F0ac 0,15 4,49 F0ac 0,05/1/16 SSbc 114,53 MSbc 114,53 F0bc 13,94 4,49 F0bc 0,05/1/16 SSabc 116,87 MSabc 116,87 F0abc 14,22 4,49 F0abc 0,05/1/16

Neste ensaio percebe-se claramente que os três fatores considerados influenciam o valor do limite de escoamento (F0 tabelados inferiores aos calculados). Para as pastas preparadas com o cimento Portland especial da batelada 34, observa-se que os limites de escoamento estão praticamente enquadrados na especificação da norma NBR 9831, que estipula o intervalo de 14,40 Pa a 33,50 Pa. Dessa forma, mesmo sem a presença de dispersantes os valores praticamente atendem à norma. Com a indicação da necessidade do uso de dispersante obtida no item anterior, os valores de limite de escoamento, que ainda estão fora do intervalo da norma, facilmente se enquadram, em princípio, sem a necessidade de estudo específico para tal.