Caracterização de Pastas de Cimento Reforçadas com Fibras

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Caracterização Experimental de Pastas de Cimento Reforçadas 
com Fibras de PVA e Polipropileno 
 
 
Carlos Felipe Pereira Rodrigues 
 
 
 
 
] 
 
 
 
 
 
 
Rio de Janeiro 
 
Março de 2014 
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de 
Engenharia de Petróleo da Escola Politécnica, 
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como 
parte dos requisitos necessários à obtenção do 
título de Engenheiro. 
 
Orientadores: 
Reila Vargas Velasco 
Paulo Couto 
ii 
 
CARACTERIZAÇÃO EXPERIMENTAL DE PASTAS DE CIMENTO 
REFORÇADAS COM FIBRAS DE PVA E POLIPROPILENO 
 
 
Carlos Felipe Pereira Rodrigues 
 
 
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO 
DE ENGENHARIA DE PETRÓLEO DA ESCOLA POLITÉCNICA DA 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS 
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE 
ENGENHEIRO DE PETRÓLEO 
 
Examinado por: 
 
________________________________________________________ 
Profª. Reila Vargas Velasco, D. Sc. 
 
________________________________________________________ 
Prof. Paulo Couto, D. Eng. 
 
________________________________________________________ 
Prof. Romildo Dias Toledo Filho, D. Sc. 
 
________________________________________________________ 
Profª. Vivian Karla Castelo Branco Louback Machado Balthar, D. Sc. 
 
 
 
 
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL 
MARÇO DE 2014 
 
iii 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rodrigues, Carlos Felipe Pereira 
Caracterização Experimental de Pastas de Cimento Reforçadas 
com Fibras de PVA e Polipropileno /Carlos Felipe Pereira 
Rodrigues. – Rio de Janeiro: UFRJ/Escola Politécnica, 2014. 
 XII, 91 p.: il.; 29,7 cm. 
 Orientadores: Reila Vargas Velasco, Paulo Couto 
Projeto de Graduação – UFRJ/Escola Politécnica/ Curso de 
Engenharia de Petróleo, 2014. 
Referências Bibliográficas: p.76 – 78. 
1. Introdução. 2. Cimentação de Poços de Petróleo. 3. 
Programa Experimental. 4. Métodos de Ensaio. 5. 
Apresentação e análise de Resultados. 6. Conclusões. 
I. Velasco, Reila et al. II. Universidade Federal do 
Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de 
Engenharia de Petróleo. III. Caracterização 
Experimental de Pastas de Cimento Reforçadas com 
Fibras de PVA e Polipropileno 
iv 
 
AGRADECIMENTOS 
Agradeço aos meus pais, por terem me dado condições de cursar na UFRJ, por 
serem presentes na minha vida e nunca deixarem me faltar nada. 
À minha mãe Almira, e às minhas avós, que sempre acreditaram no meu 
potencial, me incentivaram, não deixando eu desistir do meu objetivo. 
À minha namorada Silvana, que sempre esteve ao meu lado, me incentivando e 
confortando nos momentos difíceis. 
Aos amigos e familiares que foram compreensivos e entenderam minha ausência 
nesse período, além de terem me dado apoio para continuar o projeto. 
Ao professor Romildo, que acreditou em mim e propôs o tema desenvolvido no 
trabalho. E pela genialidade em resolver problemas que pareciam sem solução. 
Às professoras e co-orientadoras, Reila e Vivian, que sempre estiveram 
dispostas a ajudar, e nunca desistiram, mesmo nos momentos difíceis do projeto. Devo 
grande parte do trabalho à elas, pela dedicação e paciência em me ensinar e tirar 
dúvidas. 
Ao coordenador Paulo Couto, por sempre esclarecer dúvidas e atender a pedidos, 
mesmo com prazos apertados. 
Aos técnicos do LABEST Eduardo, Clodoaldo, Alessandro, Júlio, Renan e 
Rodrigo que estavam sempre dispostos a me ajudar nos ensaios. 
Aos colegas do LABEST, pelas conversas e descontração durante as esperas 
entre ensaios. 
 
 
v 
 
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte 
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro de Petróleo. 
 
Caracterização Experimental de Pastas de Cimento Reforçadas 
com Fibras de PVA e Polipropileno 
 
Carlos Felipe Pereira Rodrigues 
 
Março/2014 
 
Orientadores: Reila Vargas Velasco 
 Paulo Couto 
 
Curso: Engenharia de Petróleo 
 
A indústria do petróleo tem se deparado com desafios para a exploração e 
produção nas regiões do pré-sal. As características dessa camada tornam inviável o 
emprego de pastas cimentícias convencionais na cimentação. A forma de ruptura frágil 
das pastas convencionais proporciona uma maior formação de fraturas na bainha 
cimentícia, que pode comprometer a sua vedação hidráulica, principalmente em poços 
com formações mal consolidadas e salinas. Para a cimentação primária de poços nessas 
condições torna-se necessário o emprego de pastas com alta capacidade de deformação. 
Para este fim, neste trabalho foram desenvolvidas e caracterizadas experimentalmente 
pastas reforçadas com fibras de PVA e de polipropileno com diferentes teores (0,50% e 
0,75%). As pastas foram avaliadas no estado fresco, pelos ensaios de fluido livre, massa 
específica aparente e mini-espalhamento. No estado endurecido, as pastas foram 
avaliadas pelos ensaios de estabilidade, compressão uniaxial e tração na flexão. Os 
resultados dos experimentos apontam os benefícios do reforço fibroso no fluido livre e 
estabilidade, enquanto a massa específica não foi alterada. O valor de resistência à 
compressão não foi alterado de forma expressiva com a utilização do reforço fibroso. Os 
maiores benefícios observados foram nas curvas carga versus deslocamento obtidas a 
partir dos ensaios de resistência à tração na flexão, na região pós-fissuração, onde as 
fibras proporcionaram maior capacidade de absorção de energia às pastas. 
vi 
 
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of 
the requirements for the degree of Petroleum Engineer. 
 
Mechanical Characterization of Cement Slurries Reinforced with 
PVA and Polypropylene Fibers 
 
Carlos Felipe Pereira Rodrigues 
 
March/2014 
 
Advisor: Reila Vargas Velasco 
Paulo Couto 
 
Course: Petroleum Engineering 
 
The oil industry has been facing challenges for exploration and production in the 
regions of the pre-salt reservoirs. The characteristics of the salt formation make use of 
conventional cement pastes in cementing, unfeasible. The form of brittle fracture of 
conventional pastes provides increased formation of cracks in the cement sheath that 
can compromise your hydraulic seal especially in wells with poorly consolidated and 
salt formations. For the primary cementing of wells in these conditions it becomes 
necessary to use pastes with a high deformation capacity that can be provided by the use 
of fibrous reinforcement. For this purpose, this study developed and characterized 
experimentally pastes reinforced with PVA and polypropylene levels ( 0.50 % and 0.75 
% ) fibers. The fresh pastes were evaluated in the tests of free fluid, density and mini-
slump. In the hardened state, the pastes were evaluated for stability tests, uniaxial 
compression and bending tests. The experimental results show the benefits of fiber 
reinforcement in stability and in the free fluid, while the density was not altered. The 
maximum compression strength was not changed significantly with the use of fibrous 
reinforcement. The greatest benefits were seen in the load versus displacement curves 
obtained from the tests of tensile strength in bending, the post-rupture region, where the 
pastes reinforced with fibers showed higher capacity of energy absorption. 
 
vii 
 
SUMÁRIO 
CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO ...................................................................................... 1 
1.1 Motivação .......................................................................................................... 1 
1.2 Objetivos ............................................................................................................ 2 
1.3 Estrutura do Trabalho ........................................................................................ 3 
CAPÍTULO 2 CIMENTAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO ...................................... 4 
2.1 Introdução ..........................................................................................................4 
2.1.1 Cimentação Primária ............................................................................................ 6 
2.1.2 Cimentação Secundária ........................................................................................ 8 
2.1.3 Equipamentos usados na cimentação .................................................................. 10 
2.2 Pasta Cimentícia .............................................................................................. 11 
2.2.1 Aditivos e adições para pastas cimentícias ......................................................... 12 
2.3 Operações que requerem pastas cimentícias especiais .................................... 14 
2.3.1 Cimentação em grandes profundidades .............................................................. 14 
2.3.2 Poços Alta pressão e temperatura (HPHT) ........................................................ 15 
2.3.3 Poços em zonas de sal ......................................................................................... 16 
2.4 Reforço fibroso em pastas cimentícias ............................................................ 17 
2.4.1 Comportamento reológico ................................................................................... 18 
2.4.2 Resistência à compressão .................................................................................... 20 
2.4.3 Resistência à tração na flexão............................................................................. 21 
CAPÍTULO 3 PROGRAMA EXPERIMENTAL ........................................................ 23 
3.1 Caracterização dos Materiais ........................................................................... 23 
3.1.1 Cimento ............................................................................................................... 23 
3.1.2 Sílica 325# ........................................................................................................... 26 
3.1.3 Aditivo Superplastificante ................................................................................... 27 
3.1.4 Agente Modificador de Viscosidade .................................................................... 28 
3.1.5 Fibra de Polipropileno ........................................................................................ 28 
3.1.6 Fibra de PVA ....................................................................................................... 30 
3.1.7 Água .................................................................................................................... 31 
3.2 Dosagens das Pastas ......................................................................................... 32 
3.2.1 Ensaio de Compatibilidade e Ponto de Saturação .............................................. 32 
3.2.2 Dosagem da pasta de Referência ........................................................................ 36 
3.2.3 Dosagem das Pastas com Reforços Fibrosos ...................................................... 37 
3.3 Preparo das Pastas ............................................................................................ 38 
viii 
 
3.4 Cura das Pastas ................................................................................................ 40 
CAPÍTULO 4 MÉTODOS DE ENSAIO ..................................................................... 42 
4.1 Ensaios das Pastas no Estado Fresco ............................................................... 42 
4.1.1 Massa Específica Aparente ................................................................................. 42 
4.1.2 Fluido Livre ......................................................................................................... 43 
4.1.3 Mini-Espalhamento ............................................................................................. 45 
4.1.4 Reologia .............................................................................................................. 46 
4.2 Ensaios das pastas no estado endurecido ......................................................... 47 
4.2.1 Estabilidade ......................................................................................................... 47 
4.2.2 Resistência à Compressão Uniaxial .................................................................... 48 
4.2.3 Resistência à Tração na Flexão .......................................................................... 50 
CAPÍTULO 5 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS ........................ 54 
5.1 Propriedades das Pastas no Estado Fresco ....................................................... 54 
5.1.1 Massa Específica Aparente ................................................................................. 54 
5.1.2 Fluido Livre ......................................................................................................... 55 
5.1.3 Ensaio de Mini-espalhamento ............................................................................. 56 
5.1.4 Ensaio de Reologia .............................................................................................. 58 
5.2 Propriedades das Pastas no Estado Endurecido ............................................... 59 
5.2.1 Estabilidade ......................................................................................................... 59 
5.2.2 Compressão Uniaxial .......................................................................................... 62 
5.2.3 Tração na Flexão ................................................................................................ 67 
CAPÍTULO 6 CONCLUSÕES .................................................................................... 74 
 
ix 
 
Lista de Figuras 
Figura 1 - Esquema de revestimento de poços (THOMAS et al., 2004). ......................... 5 
Figura 2 – Divisões do anular e suas interfaces ( BEZERRA, 2006). .............................. 6 
Figura 3– Poço com falha na cimentação primária (Adaptado de THOMAS et al., 
2004). ........................................................................................................................ 8 
Figura 4 - Esquema dos equipamentos básicos de cimentação (Adaptado de 
MITCHELL et al, 2006). ........................................................................................ 11 
Figura 5 – Esquema da camada pré-sal. ......................................................................... 17 
Figura 6 – Curvas de velocidade versus viscosidade de pastas (FAGUNDES, 2012). .. 19 
Figura 7 - Equipamento Shimadzu Modelo EDX 800. .................................................. 24 
Figura 8 – Picnômetro a gás AccPYC 1330. .................................................................. 25 
Figura 9 - Granulômetro a laser Malvern Mastersizer. .................................................. 25 
Figura 10 - Distribuição granulométrica das partículas de cimento (FAGUNDES, 2008).
 ................................................................................................................................. 26 
Figura 11 – Sílica 325#. .................................................................................................. 26 
Figura 12 - Aditivo Superplastificante Hormitec - SP430 (Anchortec). ........................ 27 
Figura 13 - VMA - Rheomac UW 410(BASF). .............................................................. 28 
Figura 14 - Fibra de Polipropileno. ................................................................................ 28 
Figura 15 – Fibras de polipropileno (a) Análise da seção transversal; (b) Análise da 
seção longitudinal (BARGHIGIANI, 2013). .......................................................... 29 
Figura 16 - Fibra de PVA. .............................................................................................. 30 
Figura 17 – Fibras de PVA: (a) Análise da seção transversal; (b) Análise da seção 
longitudinal (BARGHIGIANI, 2013). ....................................................................31 
Figura 18 - Deonizador e tanque de armazenamento de água. ....................................... 31 
Figura 19 – Ensaio de Compatibilidade e Ponto de Saturação: (a) Funil e base; (b) 
Proveta graduada; (c) Ensaio sendo realizado. ....................................................... 33 
Figura 20 - Curvas de tempo de escoamento versus teor de aditivo da pasta ................ 35 
Figura 21 - Curvas de tempo de escoamento versus teor de aditivo da pasta ................ 35 
Figura 22 - Curvas de tempo de escoamento versus teor de aditivo da pasta ................ 36 
Figura 23 – Equipamentos (a) balança digital; (b) misturador; (c) Espátula e Funil ..... 39 
Figura 24 – (a) Câmara úmida; (b) banho de rampa; (c) Banho de armazenamento. .... 41 
Figura 25 - Balança de Lama Convencional. ................................................................. 42 
Figura 26 - Ensaio de Água livre – Erlenmeyer e Proveta graduada. ............................ 43 
x 
 
Figura 27 - Consistômetro atmosférico. ......................................................................... 44 
• Figura 28 – Ensaio de espalhamento ( a) funil invertido; (b) vertendo pasta. ........ 45 
Figura 29 – Viscosímetro rotativo Fann......................................................................... 46 
Figura 30 – Ensaio Estabilidade: (a) Moldes; (b) divisão do corpo de prova; (c) ensaio 
sendo realizado. ....................................................................................................... 48 
Figura 31 – Compressão Uniaxial: (a) Maquina Shimadzu UH-F 1000kN; (b) 
configuração do ensaio. ........................................................................................... 49 
Figura 32 – Tração na Flexão: (a) Maquina Shimadzu AGX 100KN; (b) Setup do 
ensaio. ...................................................................................................................... 51 
Figura 33 – Determinação da tenacidade na flexão (Tb)................................................ 52 
Figura 34 - Espalhamento: (a) Pasta PP0,50 sem VMA; (b) Pasta PP0,50 com 0,025% 
de VMA; (c) Pasta PP0,50 com 0,050% de VMA; (d) Pasta PP0,50 com 0,100% de 
VMA. ...................................................................................................................... 56 
Figura 35 – Espalhamento das pastas: (a) PR; (b) PP0,50; (c) PP0,75. ......................... 58 
Figura 36 - Curvas típicas tensão versus deformação da pasta de referência e das pastas 
reforçadas com fibras de polipropileno. .................................................................. 62 
Figura 37 – Modos de ruptura da pasta PP0,50%. ......................................................... 64 
Figura 38 – Modos de ruptura da pasta PP0,75%. ......................................................... 64 
Figura 39 - Curvas típicas tensão versus deformação da pasta de referência e das pastas 
reforçadas com fibras de PVA. ............................................................................... 65 
Figura 40 – Modos de ruptura da pasta PVA0,50%. ...................................................... 66 
Figura 41 – Modos de ruptura da pasta PVA0,75%. ...................................................... 66 
Figura 42 – Curvas carga versus deslocamento das pastas reforçadas com fibra de 
polipropileno. .......................................................................................................... 67 
Figura 43 – Modos de ruptura dos corpos de prova: (a) Pasta PP0,50%; (b) Pasta 
PP0,75%. ................................................................................................................. 69 
Figura 44 – Curvas carga versus deslocamento das pastas reforçadas com fibra de PVA.
 ................................................................................................................................. 70 
Figura 45 - Modos de ruptura dos corpos de prova: (a) Pasta PVA0,50%; (b) Pasta 
PVA0,75%. ............................................................................................................. 71 
Figura 46 - Curvas tensão versus deformação da PR: (a) CP01; (b) CP02; (c) CP03; (d)
 ................................................................................................................................. 81 
Figura 47 - Curvas tensão versus deformação da pasta PP0,50%: (a) CP01; (b) CP02; 
(c) CP03; (d) CP04. ................................................................................................. 82 
xi 
 
Figura 48 - Curvas tensão versus deformação da pasta PP0,75%: (a) CP01; (b) CP02; 
(c) CP03; (d) CP04; (e) CP05. ................................................................................ 83 
Figura 49 - Curvas tensão versus deformação da pasta PVA0,5%: (a) CP01; (b) CP02; 
(c) CP03; (d) CP04; (e) CP05; (f) CP06, (g) CP07; (h) CP08. ............................... 84 
Figura 50 - Curvas tensão versus deformação da pasta PVA0,75%: (a) CP01; (b) CP02; 
(c) CP03; (d) CP04; (e) CP05. ................................................................................ 85 
Figura 51 - Curvas carga versus deslocamento da pasta PR: (a) CP01; (b) CP02; (c) 
CP03; (d) CP04; (e) CP05; (f) CP06. ...................................................................... 87 
Figura 52 - Curvas carga versus deslocamento da pasta PP0,50%: (a) CP01; (b) CP02; 
(c) CP03. ................................................................................................................. 88 
Figura 53 - Curvas carga versus deslocamento da pasta PP0,75%: (a) CP01; (b) CP02; 
(c) CP03; (d) CP04; (e) CP5; (f) CP6. .................................................................... 89 
Figura 54 - Curvas carga versus deslocamento da pasta PVA0,50%: (a) CP01; (b) CP02; 
(c) CP03; (d) CP04; (e) CP5; (f) CP6. .................................................................... 90 
Figura 55 - Curvas carga versus deslocamento da pasta PVA0,75%: (a) CP01; (b) CP02; 
(c) CP03; (d) CP04; (e) CP5; (f) CP6. .................................................................... 91 
 
 
xii 
 
Lista de Tabelas 
 
Tabela 1 – Composição química do cimento CPP classe G. .......................................... 24 
Tabela 2 - Características do superplastificante Hormitec 430. ..................................... 27 
Tabela 3 - Características físicas das fibras de polipropileno. ....................................... 29 
Tabela 4 - Características das fibras de PVA. ................................................................ 30 
Tabela 5 - Pastas avaliadas inicialmente. ....................................................................... 34 
Tabela 6 – Composição da pasta referência PR325. ...................................................... 36 
Tabela 7 - Composição da pasta de referência com VMA(PR). ................................... 37 
Tabela 8 – Composição das pastas com fibra de PVA. .................................................. 38 
Tabela 9 – Composição das pastas com fibra de polipropileno. .................................... 38 
Tabela 10 - Resultados de Massas Específicas Aparentes. ............................................ 55 
Tabela 11 - Resultados ensaios de fluido livre. .............................................................. 56 
Tabela 12 – Resultados de mini-espalhamento. ............................................................. 57 
Tabela 13 - Propriedades reológicas da pasta PR325 (27ºC). ........................................ 59 
Tabela 14 – Resultados de estabilidade. ......................................................................... 60 
Tabela 15 – Resultados de estabilidade das pastas com VMA e com fibras. ................. 61 
Tabela 16 – Valores médios das propriedades mecânicas na compressão uniaxial da 
pasta de referência e das pastas reforçadas com fibras de polipropileno. ............... 63 
Tabela 17 - Valores médios das propriedades mecânicas na compressãouniaxial da 
pasta de referência e das pastas reforçadas com PVA. ........................................... 65 
Tabela 18 – Valores médios das propriedades mecânicas na tração na flexão da pasta de 
referência e das pastas reforçadas com polipropileno. ............................................ 68 
Tabela 19 - Valores médios das propriedades mecânicas na tração na flexão da pasta de 
referência e das pastas reforçadas com PVA. ......................................................... 70 
Tabela 20 – Valores médios dos índices de tenacidade de acordo com a norma japonesa.
 ................................................................................................................................. 72 
Tabela 21 – Valores médios dos índices de tenacidade para um deslocamento limite de 
0,5mm. ..................................................................................................................... 73 
1 
 
CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO 
______________________________________________________________________ 
 
 
1.1 Motivação 
A cimentação de poços de petróleo é uma operação fundamental durante a 
perfuração de um poço. A cada fase perfurada é necessário que seja feita a cimentação 
da área entre a formação e o revestimento. A cimentação do espaço anular deve garantir 
o isolamento hidráulico entre a formação e o revestimento, além de promover 
estabilidade estrutural ao poço para a operação de perfuração continue com segurança. 
A pasta de cimentação deve ser bombeada no estado fluido por dentro do revestimento 
até o espaço anular, onde a pasta cimentícia vai sofrer a pega e endurecer. Devido a 
grandes variações de pressão e temperatura que um poço é submetido, as pastas 
cimentícias devem ser dosadas e confeccionadas para cada tipo de poço. 
A pasta cimentícia convencional normalmente tem baixa ductilidade, possuindo 
baixa capacidade de deformação e com modo de ruptura frágil. Esta propriedade a torna 
mais suscetível a falhas e fissuras, que afetam a integridade da bainha de cimento, 
comprometem a segurança do poço podendo diminuir a vida útil do anular. Com a 
depletação de poços em áreas mais rasas e o aumento da demanda de produção de 
petróleo, nasce uma necessidade de perfurar poços em zonas mais complexas. Para a 
perfuração de poços em formações frágeis, pouco consolidadas, zonas salinas e poços 
de alta pressão e temperatura, é necessário dosar e produzir pastas com características 
especiais, que garantam sua integridade no estado endurecido. 
Portanto, as condições do poço perfurado são determinantes para a realização do 
projeto de uma pasta cimentícia. Atualmente, existe uma grande variedade de materiais 
no mercado para aplicação em pastas para cimentação de poços de petróleo. Entre tais 
materiais, alguns tipos de fibras têm sido adotados para o combate à perda de circulação 
em poços. Adicionalmente, a fibra consiste em um material que, ao ser adicionado em 
matrizes cimentícias, proporciona benefício em sua capacidade de deformação. 
O uso de fibras em pastas cimentícias modifica o modo de ruptura da pasta. As 
pastas cimentícias sem adição de fibras apresentam um modo de ruptura frágil, ou seja, 
2 
 
quando as fissuras são abertas, há a possibilidade de perda de fluidos e até mesmo o 
desmoronamento do anular para dentro do poço. Por outro lado, as pastas fibrosas têm 
uma maior capacidade de deformação, o que garante um maior controle de fissuração e 
evita sua ruptura frágil. Este comportamento mais dúctil das pastas com a adição de 
fibras beneficia a durabilidade do anular e diminui as falhas na cimentação primária, 
evitando assim a necessidade de uma cimentação secundária. 
 
1.2 Objetivos 
Os objetivos gerais desse trabalho foram o desenvolvimento e caracterização 
experimental de pastas cimentícias dúcteis com uso de fibras de polipropileno e fibras 
de álcool polivinílico (PVA). 
As pastas foram confeccionadas com cimento Portland CPP classe G e sílica 
325#, como materiais granulares. A sílica 325# consiste em quartzo finamente moído 
(SiO2) e é um material bastante utilizado em pastas de cimentação de poços de petróleo. 
Este tipo de sílica é utilizado em pastas cimentícias para combater a retrogressão de 
resistência. A perda de capacidade resistente de pastas cimentícias ocorre em poços ao 
longo de sua vida útil, geralmente, quando submetidos a temperaturas superiores a 
230ºF (110ºC) (CAMPOS et al, 2002). O uso dessa sílica ajuda a diminuir a perda de 
resistência e manter a matriz cimentícia íntegra por mais tempo, gerando um melhor 
aproveitamento e maior vida útil da cimentação do poço. 
Além dos materiais granulares, as pastas foram compostas de água e 
superplastificante Hormitec. O superplastificante foi adotado para possibilitar uma 
redução na relação água-cimento da pasta, beneficiando o seu desempenho mecânico 
sem prejudicar sua capacidade de bombeamento. 
A pasta de referência dosada foi reforçada com fibras para promover um 
aumento de sua capacidade de deformação. Foram usadas as fibras de polipropileno e 
PVA de 6mm de comprimento, ambas nos teores de 0,50% e 0,75% (em substituição ao 
volume de pasta). 
3 
 
As pastas foram caracterizadas no estado fresco por meio de ensaios de água 
livre, massa específica e miniabatimento. Enquanto no estado endurecido as pastas 
foram submetidas aos ensaios de estabilidade, compressão uniaxial e tração na flexão. 
 
1.3 Estrutura do Trabalho 
Este trabalho está organizado em seis capítulos: 
O capítulo 1 faz uma breve introdução ao tema, apresentando a motivação, os 
objetivos e a estrutura do trabalho. 
O Capítulo 2 apresenta uma introdução sobre cimentação de poços e a revisão 
bibliográfica sobre as cimentação de poços em zonas de maior demanda de uma pasta 
de cimentação com mais capacidade de deformação além de uma revisão bibliográfica 
sobre os materiais utilizados em pastas de cimentação, dando foco nos materiais usados 
no projeto. 
O Capítulo 3 aborda o programa experimental com foco na caracterização dos 
materiais, mostrando o método de dosagem e preparo das pastas. 
O Capítulo 4 apresenta todos os métodos de ensaios adotados para a avaliação 
experimental das pastas. 
O Capítulo 5 mostra os resultados obtidos em cada ensaio para todas as pastas 
em estudo, incluindo discussões e considerações a partir dos resultados. 
No Capítulo 6 encontram-se as conclusões a partir dos resultados obtidos nos 
ensaios. 
4 
 
CAPÍTULO 2 CIMENTAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO 
______________________________________________________________________ 
 
 
2.1 Introdução 
A cimentação primária faz parte da etapa de perfuração de um poço de petróleo 
e consiste no preenchimento do espaço anular formado entre o revestimento e a parede 
do poço. A cimentação é necessária para a fixação do revestimento à formação e 
promove o isolamento entre a coluna de revestimento e a formação, impedindo a 
passagem de fluidos não desejados. Além disso proporciona estabilidade mecânica ao 
poço, sendo de extrema importância no processo de perfuração do poço. Durante a 
perfuração de um poço existem operações que desempenham um importante papel, 
começando pela perfuração em si, passando por alargamento, repassamento, conexões e 
manobras e terminando com o revestimento do poço e a cimentação do anular. 
O poço é perfurado em fases, cujo número depende das características das zonas 
a serem perfuradas e da profundidade final prevista. Cada fase possui um diâmetro 
diferente, que é reduzido ao longo da profundidade e determinado pela broca utilizada 
na perfuração. Além da rotação, raspagem e trituração da broca tem-se o auxílio do 
fluido de perfuração, cuja função é fornecer a pressão hidrostática no interior do poço 
suficiente para mantê-lo estável,de forma que a pressão da formação não exceda o seu 
limite de ruptura. Geralmente o número de fases de um poço é de três ou quatro. Cada 
uma das fases é concluídacom a descida de uma coluna de revestimento e sua 
cimentação (THOMAS et al., 2004). 
Pode-se calcular o número de fases e o comprimento das colunas de 
revestimento utilizando os dados da janela operacional do poço. Enquanto a composição 
das colunas é determinada em função das solicitações previstas durante a descida no 
poço e ao longo de sua vida útil. O limite inferior da janela operacional é o maior valor 
entre as curvas de pressão de poros e a pressão de colapso inferior da formação, e 
determina o menor peso de fluido possível. A curva de pressão de fratura superior 
estabelece o limite superior e limita o peso máximo de fluido. 
5 
 
Resumindo, caso o peso do fluido de perfuração seja menor que o mínimo 
permitido ocorrerá a entrada de fluidos da formação para o interior do poço, fenômeno 
chamado kick. Agora, se o fluido de perfuração tiver um peso específico maior que o 
permitido, a pressão do poço irá exceder a pressão de fratura da formação, fraturando a 
formação e causando a perda de circulação, que é a entrada do fluido de perfuração na 
formação. Essa perda de circulação faz com que a pressão hidrostática do poço diminua 
através da redução do nível do fluido de perfuração, causando também um kick. 
Como explicitado na Figura 1 os revestimentos consistem em: tubo condutor, 
revestimento de superfície, revestimento intermediário, revestimento de produção e 
liner de produção. 
 
Figura 1 - Esquema de revestimento de poços (THOMAS et al., 2004). 
 
Tubo Condutor: é o primeiro revestimento e o menor em extensão, assentado a 
pequena profundidade, a fim de sustentar sedimentos superficiais não consolidados. A 
principal função é evitar que as formações rasas sejam contaminadas pelo fluido de 
perfuração. Outra função dele é dar suporte estrutural aos outros revestimentos, ao BOP 
e à cabeça de poço. 
Revestimento de Superfície: tem seu comprimento variando entre 100m a 
600m descido após o tubo condutor e visa proteger os horizontes superficiais de água de 
contaminação pelo fluido de perfuração, óleo ou gás e prevenir o desmoronamento de 
formações inconsolidadas. Além de também prover suporte estrutural ao poço. 
Revestimento intermediário: tem como objetivo isolar e proteger zonas de alta 
ou baixa pressão, zonas de perda de circulação, formações desmoronáveis, formações 
6 
 
portadoras de fluidos corrosivos ou contaminantes de lama. Esse revestimento permite o 
uso de um fluido mais leve para perfuração de zonas mais profundas. 
Revestimento de produção: é o ultimo revestimento do poço, posicionado para 
permitir a produção do poço, suportando suas paredes e possibilitando o isolamento 
entre os vários intervalos produtores. 
Liner de produção: é uma coluna curta de revestimento cimentada no poço 
visando cobrir apenas a sua parte inferior, podendo substituir o revestimento 
intermediário e o de produção. 
Após a descida da coluna de revestimento, finalmente ocorre a cimentação do 
poço, onde geralmente o espaço anular entre a tubulação de revestimento e as paredes 
do poço é preenchido com pasta cimentícia. A cimentação é realizada para fixar a 
tubulação e evitar que haja migração de fluidos entre as diversas zonas permeáveis 
atravessadas pelo poço, sendo feita através do bombeio de pasta cimentícia que é 
deslocada através da própria tubulação de revestimento. Na Figura 2 está apresentado o 
esquema das divisões do anular e suas interfaces. 
 
Figura 2 – Divisões do anular e suas interfaces ( BEZERRA, 2006). 
 
2.1.1 Cimentação Primária 
A cimentação primária ocorre a partir do preenchimento do anular existente 
entre a coluna de revestimento e a formação com uma pasta cimentícia. É considerada 
uma das operações mais importantes na perfuração e consiste na mistura e injeção da 
pasta cimentícia dentro dos tubos de revestimento até o anular, onde desloca o fluido de 
perfuração presente e preenche o anular. Ao endurecer a pasta cimentícia adere à 
tubulação e à formação, promovendo o isolamento da região. 
7 
 
Antes da cimentação do poço, alguns parâmetros são importantes e devem ser 
levados em consideração, como: a profundidade e tamanho do poço; o tamanho da 
coluna de revestimento por onde passará a coluna de produção e a coluna de pasta; a 
pressão do reservatório; o tipo de poço e as condições das formações. O fluido de 
perfuração deve ser circulado a uma taxa de bombeamento igual ou superior a 
velocidade de perfuração, para dar condições e limpeza ao poço. Na cimentação de 
poços de gás, a pasta cimentícia deve ser circulada pelo tempo necessário para remover 
todo o gás nela contido. Alguns requisitos da pasta também devem ser atendidos, como 
baixa viscosidade, densidade suficiente para não fraturar a formação nem permitir a 
queda da pressão interna do poço, além de utilizar a menor quantidade possível de 
elementos químicos agressivos ao meio ambiente (SMITH, 1990). 
A partir da configuração do anular é determinado o regime de bombeamento e a 
característica reológica das pastas. A densidade do fluido de perfuração indica a 
densidade mínima e compatível da pasta de cimento utilizada e as condições do poço 
vão determinar os tipos de aditivos que deverão ser utilizados. Os dados de temperatura 
e pressão do poço completam as informações necessárias para a realização do projeto de 
pasta mais adequado para cada situação. 
Mesmo com todos cuidados é comum a ocorrência de falhas na cimentação 
primária (Figura 3). As falhas mais comuns são fissuras e presença de vazios na pasta, 
que requerem procedimentos de correção (cimentação secundária) e aumentam o custo 
do poço. O encarecimento da exploração propicia a necessidade de pesquisar e 
desenvolver novas pastas mais eficazes para cada tipo de uso, diminuindo as falhas e 
aumentando a durabilidade da cimentação. 
8 
 
 
Figura 3– Poço com falha na cimentação primária (Adaptado de THOMAS et al., 2004). 
 
2.1.2 Cimentação Secundária 
A cimentação secundária consiste em quaisquer operações de cimentação 
corretivas realizadas no poço após a execução da cimentação primária. As operações de 
cimentação secundárias consistem em tampões de cimento, recimentação e compressão 
de cimento. 
Os tampões de cimento são realizados quando há perda de circulação, abandono 
definitivo ou temporário do poço, isolamento de zonas inferiores, entre outros. O seu 
objetivo é isolar alguma zona de interesse particular. A pasta é bombeada para o trecho 
alvo com o objetivo de vedar (tamponar) a área. Segundo BEZERRA (2006), os 
mesmos são empregados em alguns casos específicos, tais como: 
- Perda de circulação de produção de petróleo por motivo desconhecido: neste caso, 
o poço é isolado por meio de um tampão de cimento e investigações são realizadas para 
identificação do problema; 
- Abandono definitivo do poço: quando um poço não apresenta mais produção 
suficiente ou apresenta alguma falha grave de estabilidade; 
9 
 
- Abandono temporário do poço: quando um poço ora possui boa produção, ora não 
compensa sua exploração. Esse tipo de poço recebe tampões temporários, que são 
rompidos posteriormente por meio de operações de perfuração; 
- Operação de desvio de poço: poços direcionais podem ser perfurados a partir de 
poços verticais a partir de certa profundidade. Nesse caso, ocorre a execução do tampão 
no poço vertical, onde o redirecionamento do poço ocorre acima do tampão; 
- Compressão de cimento: a falha de um trecho da cimentação que apresenta 
vazamento (petróleo, gás e/ou água), mas que apresenta estabilidade mecânica é 
corrigida por meio da compressão de cimento, que também adota tampões de cimento. 
A recimentação é realizada por meio da circulação da pasta cimentícia por trás do 
revestimento, através dos canhoneios. Se não for possível a circulação da pasta realiza-
se o squeeze. 
A compressão de cimento (squeeze) consiste na injeção forçada de um pequeno 
volume de pasta cimentícia sob pressão.A área é isolada e a pressão é aplicada a partir 
da superfície para forçar a pasta a penetrar todos os vazios de forma eficaz. A pasta é 
projetada especificamente para cada tipo de problema, seja uma microfissura ou um 
grande vazio. Por isso, o tipo de pasta cimentícia adotada é muito importante, e um 
projeto mal feito pode não solucionar completamente o problema e selar todos os 
vazios. 
É importantíssima a efetividade da vedação hidráulica entre os intervalos 
produtores, uma cimentação deficiente ou até mesmo a inexistência de cimentação em 
alguns pontos podem causar muitos prejuízos, tanto a nível econômico, técnico e de 
segurança. Se ocorrer a comunicação entre os fluidos ocorrerá produção de fluidos 
indesejáveis, perda de circulação (kicks), causando prejuízo no controle de 
reservatórios. 
 
10 
 
2.1.3 Equipamentos usados na cimentação 
Os elementos básicos usados na cimentação e completação de poços são: 
- Plugues de Borracha – Os plugues de borracha são divididos entre plugues de topo e 
de fundo. São utilizados para impedir que a pasta cimentícia entre em contato com os 
fluidos anteriores ou posteriores, durante o deslocamento da pasta no interior do 
revestimento. Outra utilidade desses plugues é a remoção do fluido de perfuração que 
possa ter ficado na parede da tubulação de revestimento ou no fundo do poço; 
- Colar Flutuante – São posicionados uma a três juntas acima da sapata flutuante. A 
função desse colar é impedir o refluxo de cimento para dentro da tubulação de 
revestimento. 
- Centralizador – É utilizado para otimizar o deslocamento da pasta pelo anular, 
melhorando a centralização da tubulação de revestimento em relação ao espaço do poço. 
- Limpador de revestimento – Este equipamento serve para limpeza interna do 
revestimento, possui uma raspadeira helicoidal que contem fios flexíveis que rodam 
axialmente quando o fluido escoa pela seção tubular do revestimento. 
- Sapata Flutuante – São utilizadas para auxiliar a passagem das tubulações através do 
poço, assim como controlar a passagem de fluido pela tubulação. 
Na Figura 4 está explicitado o esquema dos equipamentos usados na cimentação. 
11 
 
 
Figura 4 - Esquema dos equipamentos básicos de cimentação (Adaptado de MITCHELL et al, 2006). 
 
 
2.2 Pasta Cimentícia 
Os cimentos são essencialmente produzidos a partir de uma mistura de calcário e 
argila. O cimento Portland, fundamental para a construção civil, resulta da moagem de 
um produto denominado clínquer, obtido pelo cozimento até fusão incipiente da mistura 
de calcário e argila convenientemente dosada e homogeneizada, à qual é adicionada 
pequena quantidade de gesso (sulfato de cálcio) (THOMAS et al., 2004). 
O cimento é o principal constituinte das pastas para cimentação de poços de 
petróleo. O American Petroleum Institute (API) classificou os cimentos Portland em 
classes, que são designadas pelas letras de A a J. As classes mais utilizadas atualmente 
são a G e H, pois são compatíveis com aditivos aceleradores ou retardadores de pega e 
podem ser usados praticamente em todas as condições previstas para os cimentos das 
demais classes. 
 
12 
 
A pasta cimentícia é desenvolvida para suportar condições severas de 
temperatura e pressão além da possível presença de fluidos corrosivos. A temperatura 
sofre grande variação ao longo do poço, podendo estar abaixo de 0ºC ou acima de 
300ºC em certos pontos. Além da grande variação de pressão que pode chegar até 
30000 psi em poços mais profundos. 
Além de resistir a altas pressões e temperaturas, a pasta deve ser projetada para 
que no estado fresco apresente densidade, trabalhabilidade, tempo de espessamento, 
perda de fluido e desenvolvimento de resistência em acordo com às necessidades do 
poço. Além disso, a pasta não pode sofrer pega durante seu bombeamento, apresentar 
água livre, deve preencher todo o espaço anular e precisa apresentar resistência ao 
influxo de fluido. Após endurecer, a pasta deve resistir aos ataques químicos do 
ambiente, apresentar propriedades mecânicas que suportem as tensões geradas ao longo 
de todas as operações executadas e proporcionar o isolamento do revestimento 
(BOSMA et al., 1999). 
Segundo MITCHELL et al (2006), ao determinar as características e 
desempenho de uma pasta, são recomendados os testes de temperatura, pressão, 
resistência a compressão e tração, reologia e durabilidade. 
 
2.2.1 Aditivos e adições para pastas cimentícias 
Os principais aditivos utilizados para modificar as propriedades das pastas 
cimentícias são os seguintes: aceleradores de pega, retardadores de pega, estendedores, 
adensantes, dispersantes, controladores de filtrado, controladores de perda de 
circulação, agente de retrogração de resistência entre outros. 
A demanda por novos aditivos com propriedades especiais e alto desempenho 
continua aumentando. Estas exigências incluem fatores como a faixa de densidade de 
aplicação, estabilidade térmica, economia, faixa de viscosidade, taxa de solubilidade, 
sinergismo com co-aditivos e resistência à variabilidade do cimento (MITCHELL et al, 
2006). 
Aceleradores de pega: encurtam o tempo de reação para o endurecimento da pasta. No 
caso de pastas de cimentação, promovem uma redução no tempo de espessamento e um 
13 
 
aumento na taxa de desenvolvimento de resistência à compressão da pasta. São 
utilizados em casos que requer uma pasta de baixa densidade ou em formações de baixa 
temperatura. 
Retardadores de pega: os cimentos utilizados em cimentação de poços, API classes 
A,C,G e H, não permanecem fluidos o período necessário para seu bombeamento para 
aplicações em poços acima de 38°C (100°F). Para aumentar esse tempo é necessário 
utilizar aditivos retardadores de pega. 
Estendedores: são utilizados para reduzir a densidade da pasta ou aumentar o 
rendimento, já que possuem peso específico inferior ao do cimento e permitem a 
redução da quantidade deste material na pasta. Pastas cimentícias convencionais 
normalmente têm o peso específico superior a 15lbm/gal. Os poços com ocorrência de 
severas perdas de circulação e aqueles perfurados em formações com baixa pressão de 
fratura necessitam do uso de estendedores para reduzir a pressão hidrostática da coluna 
de fluido durante a cimentação. 
Adensantes: são utilizados para aumentar a densidade da pasta de cimentação para 
controle ou poços de alta pressão. É necessário o uso de adensantes para ultrapassar 
densidade de 17lbm/gal. 
Dispersantes: são usados em pastas de cimentação para melhorar as propriedades 
reológicas relacionadas ao escoamento das pastas, reduzindo a viscosidade aparente, o 
limite de escoamento e a força gel. São usados principalmente para diminuir a fricção 
durante o bombeamento. Reduzem a pressão de bombeamento de superfície e a potência 
necessária para bombear a pasta para dentro do poço, e diminuem a pressão exercida 
sobre as formações frágeis, possivelmente evitando perda de circulação. 
Controladores de filtrado: combatem a perda de água da pasta para a formação e 
mantêm a coesão da pasta, retendo a água em seu interior. 
Controladores de perda de circulação: materiais que ajudam a controlar a perda de 
pasta para as formações em contato com o poço. 
Agente de retrogressão de resistência: são adições e não aditivos, incorporados às 
pastas de cimento, com o objetivo de evitar e/ou reduzir o fenômeno de regressão de 
14 
 
resistência, que ocorre com frequência em poços geotérmicos ou que sejam submetidos 
a ciclos de injeção de vapor para incremento da recuperação secundária de petróleo. 
 
2.3 Operações que requerem pastas cimentícias especiais 
O objetivo de toda cimentação é que seja perfeita e não sejam necessárias 
operações de correção, ou seja, cimentação secundária. Para isso deve-se principalmente 
projetar uma pasta ideal para cada condição enfrentada. 
O aumento da complexidade da operação como em poços com grandeprofundidade, alta temperatura, alta pressão, formações pouco consolidadas ou salinas 
demanda pastas de alto desempenho. 
 
2.3.1 Cimentação em grandes profundidades 
As operações de cimentação em grandes profundidades são muito mais críticas 
que às de poços rasos. O que aumenta a necessidade de melhores revestimentos e maior 
qualidade da cimentação. Segundo SMITH (1990) a cada nova profundidade, diferentes 
condições serão exigidas do projeto, dentre elas: 
• Altas temperaturas, zonas super pressurizadas e áreas com diversos tipos 
de fluidos corrosivos, exigindo um maior isolamento e pastas de baixa 
permeabilidade; 
• Aumento no comprimento do revestimento, diminuição dos espaços 
anulares e dificuldades de mover as tubulações durante a cimentação; 
• Altas cargas sobre as tubulações, influenciando as cargas que deverão ser 
suportadas pela bainha de cimento; 
• Longos intervalos de tempo entre tirar a broca e descer as tubulações de 
revestimento antes da cimentação, o que exige um maior tempo de pega 
da pasta; 
• Sistema de fluidos de perfuração muito mais pesados; 
15 
 
• Maiores dificuldades em selar o topo dos liners para evitar a canalização 
de gás. 
Ainda de acordo com SMITH (1990) em poços de grande profundidade a 
diferença de temperatura do fundo para a cabeça do poço pode ser maior que 40 °C, 
portanto a utilização de retardadores de pega é fundamental nas operações de 
cimentação. Para minimizar problemas em linhas longas de cimentação e/ou zonas de 
formações frágeis e evitar a perda de parte ou todo cimento para as formações, 
ferramentas de controle devem ser adotadas, como a cimentação em etapas. Nestas 
formações a pressão hidrostática dos fluidos somada à pressão de fricção não devem 
exceder o gradiente de fratura da formação. 
O conhecimento da temperatura do poço é um fator primordial na seleção dos 
aditivos químicos a serem utilizados numa operação de cimentação de poços profundos. 
Uma superestimava da temperatura dos poços devido a sua alta profundidade pode levar 
o engenheiro a projetar erroneamente as pastas, acarretando em falhas e até em 
fissurações na bainha cimentante. 
 
2.3.2 Poços Alta pressão e temperatura (HPHT) 
Assim como os poços profundos, existem poços com grande variação do 
gradiente de pressão ou temperatura ao longo da profundidade do poço. Segundo 
ROCHA e AZEVEDO (2008), um poço é definido como HPHT caso tenha temperatura 
de fundo superior a 150ºC (300ºF) e pressão de poros superior a 15lb/gal ou que exija o 
uso de um BOP (Blow Out Preventer) com pressão requerida acima de 10.000 psi. 
Quando submetido a temperaturas superiores a 110ºC, o cimento Portland 
hidratado apresenta perda significativa de resistência à compressão e este fenômeno 
conhecido por regressão da resistência (MEHTA e MONTEIRO, 1994). A retrogressão 
de resistência ainda não é bem conhecido, e é tema de muitos trabalhos o seu 
funcionamento e suas possíveis consequências para bainha de cimento de poços 
(BEZZERA, 2006). 
O principal composto responsável pela resistência mecânica à compressão do 
cimento Portland é o C-S-H que apresenta estrutura parcialmente cristalina (MEHTA e 
16 
 
MONTEIRO, 1994). Com o aumento da temperatura, observa-se a desidratação do 
cimento Portland, ocorrendo mudança de fase no C-S-H, sendo responsável pelo 
fenômeno da retrogressão de resistência. Para minimizar os efeitos da retrogressão de 
resistência, a indústria da cimentação de petróleo adiciona sílica cristalina em até 40% 
de substituição do cimento com o objetivo de incrementar a reação pozolânica 
(NELSON et al, 1990 e HEWLETT et al, 2004). 
A adição de sílica cristalina, na forma de pó de sílica (silica flour) ou na forma 
de areia de sílica (silica sand) modifica a trajetória deste processo natural da conversão 
e vem sido utilizada na indústria para combater a retrogressão de resistência. De um 
modo geral, pode-se afirmar que a redução da retrogressão de resistência pode ser 
conseguida por meio da redução da relação CaO/SiO2 na pasta de cimento. É por isso 
que é adotada a adição de sílica como forma de se reduzir tal relação. Pastas com 
relação CaO/SiO2 inferior a 1 apresentam baixa retrogressão de resistência e baixa 
permeabilidade (NELSON et al, 1990). A diferença entre o pó de sílica e a areia de 
sílica está em sua granulometria. Enquanto o pó de sílica apresenta partículas inferiores 
a 75µm, a areia de sílica apresenta partículas entre 75µm e 210µm (BEZERRA, 2006). 
 
2.3.3 Poços em zonas de sal 
A zona de sal em campos produtores atuam como armadilhas (traps), 
aprisionando o petróleo contido em formações abaixo da zona salina (Figura 5). Esse 
conceito possibilitou a descoberta de reservas na zona do pré-sal em altíssimas 
profundidades, o que aumentou a demanda por novas pastas de alta performance. As 
rochas salinas encontradas em zonas petrolíferas possuem estruturas cristalinas. Suas 
deformações são dependentes do tempo quando submetidas a dado nível de tensão 
cisalhante. 
 
17 
 
 
Figura 5 – Esquema da camada pré-sal. 
 
As zonas de sal submetem os poços a grandes tensões devido às suas 
características elasto-plásticas. Operacionalmente, isso pode causar a redução 
progressiva do diâmetro do poço, enforcamento da broca de perfuração, prisão da 
coluna, podendo levar ao fechamento do poço, além de desvios na trajetória do poço. É 
necessário o uso de pastas com elevada capacidade de absorver energia para suportar as 
altas tensões impostas pelas zonas salinas. Para se obter esse tipo de pasta com alta 
capacidade de deformação é utilizado a adição de fibras em sua composição. A seguir 
será apresentada uma revisão bibliográfica sobre características de pastas fibrosas. 
 
2.4 Reforço fibroso em pastas cimentícias 
No Laboratório de Estruturas e Materiais do PEC/COPPE/UFRJ foram e estão 
sendo desenvolvidos trabalhos em que são estudadas adições de fibras em matrizes 
cimentícias. Dentre as fibras adotadas estão as de polipropileno, de aço, PVA, 
volastonita e sisal. Para esse trabalho em específico serão utilizadas as fibras de PVA e 
Polipropileno em diversas concentrações em uma pasta de referência especificada 
previamente. 
A pasta de cimento Portland convencional, misturado a densidade normal, tem 
baixa ductilidade, tornando-a frágil. Esta propriedade o torna mais suscetível a fissuras 
18 
 
pós-cimentação. Materiais fibrosos sintéticos são frequentemente adicionados para 
tornar a pasta mais dúctil e para reduzir os efeitos da quebra ou destruição parcial da 
pasta na perfuração ou por outras tensões no fundo do poço. Materiais fibrosos 
transmitem tensões localizadas mais uniformemente por toda a pasta, melhorando assim 
a resistência ao impacto e à quebra. Fibras de nylon com comprimento de até 1mm têm 
sido comumente usadas porque são resistentes, conferindo resistência à impacto e à 
tração. Látex particulado também atua melhorando a ductilidade da pasta e na 
resistência à flexão, sendo utilizado em concentrações de até 5% em substituição ao 
volume de massa cimentícia. Mais recentemente, foi relatado que fibras a base de sílica 
melhoram a resistência à compressão, à flexão e tração (MITCHEL et al, 2006). 
Foi verificado que as fibras têm sido empregadas como reforço em concretos e 
pastas para que fossem aumentadas suas capacidades de deformação. Ao aumentar a 
capacidade de deformação das pastas consegue-se prevenir e melhorar a perda de 
circulação além de servir como uma boa solução para cimentação em formações pouco 
consolidadas. 
O anular cimentado é submetido a condições extremas, e como o cimento após 
endurecer possui um comportamento frágil, podem ocorrer fraturas prematuras. Além 
disso, as próprias operações de perfuração e completação podem causar danos à 
cimentação e à formação. A fim de prevenir a perda de circulação é comum a utilização 
de materiais que possam formar redes sobre as fraturas e poros.Sendo assim 
importantíssimo o estudo de novas fibras para melhorar o desempenho da cimentação 
em áreas cada vez mais complicadas como no pré-sal. 
 
2.4.1 Comportamento reológico 
A incorporação de fibras à matriz cimentícia prejudica o comportamento 
reológico da pasta, diminuindo a trabalhabilidade, o que pode causar um aumento da 
porosidade da pasta. Fatores como relação de aspecto e tipo de fibra são importantes nas 
propriedades reológicas das misturas. Segundo VELASCO (2008) a relação de aspecto 
é dada pela relação entre o comprimento da fibra e seu diâmetro (l/d), o desempenho do 
compósito é diretamente proporcional a relação de aspecto da fibra. Para se obter 
19 
 
maiores acréscimos nas propriedades é necessário o uso de fibras que possuam uma 
maior relação de aspecto. 
Quanto maior for o comprimento da fibra, maior será também a influência na 
perda de fluidez da pasta. Como para cimentação de poços é necessário que a pasta 
tenha uma boa trabalhabilidade para que seja bombeada e não entupa os equipamentos 
de poço, a escolha da fibra certa é essencial para o sucesso da cimentação, ficando 
restrito o uso de fibras curtas, normalmente abaixo de 12mm de comprimento. 
BALTHAR (2010) testou pastas com diferentes teores de fibras de polipropileno 
e chegou a conclusão que teores superiores a 0,75% tornam a pasta inviável para uso em 
cimentação de poços. 
FAGUNDES (2012) realizou ensaios de reologia para três pastas diferentes, a 
primeira sem adição de fibra e outras duas com adição de 0,25% e 0,50% no volume de 
fibras de polipropileno. Determinou assim que quanto mais aumentou a concentração de 
fibras na mistura, maior foi a viscosidade e assim menor sua trabalhabilidade e maior a 
tensão de fricção da pasta, dificultando o bombeamento da mesma. Os resultados estão 
apresentados na Figura 6. 
50 100 150 200 250
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
 
V
is
c
o
s
id
a
d
e
 (
m
P
a
.s
)
Velocidade (rpm)
 PR
 PP0,25
 PP0,50
 
Figura 6 – Curvas de velocidade versus viscosidade de pastas (FAGUNDES, 2012). 
 
BARGHIGIANI (2013) realizou ensaios de reologia para cinco pastas 
diferentes, incluindo pastas com adição de fibra de polipropileno e de PVA nos teores 
de 0,50% e 0,75% em substituição ao volume de material cimentício. A pasta de 
referência sem adição de fibras teve o limite de escoamento determinado em 17,09Pa. 
20 
 
As reforçadas com fibras de PVA nas concentrações de 0,50% e 0,75% tiveram o limite 
de escoamento em 79,02Pa e 106,40Pa, respectivamente. Enquanto as que levaram 
reforço com fibras de polipropileno tiveram o limite de escoamento calculado em 
150,48Pa e 348,24Pa, para as concentrações de 0,50% e 0,75% respectivamente. Com 
isso viu que a fibra de Polipropileno tem maior impacto na viscosidade da pasta. 
 
2.4.2 Resistência à compressão 
O maior efeito das fibras sobre o comportamento das pastas sobre compressão 
acontece após o início da fissuração. As fibras na pasta ligam as superfícies das fissuras, 
criando pontes de tensões, que retarda a propagação das fissuras e previne uma falha 
catastrófica com a fragmentação do corpo de prova. O efeito sobre a resistência à 
compressão com o uso de fibra é variado. 
A adição das fibras pode acarretar uma maior viscosidade na pasta, diminuindo a 
trabalhabilidade o que pode aumentar porosidade nas pastas e diminuir a resistência à 
compressão e o modulo de elasticidade do material. De outra forma, o uso de fibra pode 
causa o efeito de confinamento da matriz, diminuindo a segregação da pasta, podendo 
resultar em um aumento de resistência à compressão. 
Mesmo que tenha uma diminuição na resistência, a adição de fibras promove um 
aumento na capacidade de absorção de energia do material, tornando a pasta mais dúctil 
após a fissuração. Isto evita a formação de fraturas maiores e o colapso do corpo de 
prova. 
MORRIS et al. (2003) estudaram as propriedades mecânicas de diferentes pastas 
de cimento, entre elas pastas com adição de látex e fibras. Com a adição do látex, 
ocorreu uma grande melhora no comportamento elástico, mas também houve uma perda 
inversamente proporcional para resistência à compressão. Enquanto com a adição de 
fibras poliméricas houve uma melhora no comportamento elástico e somente uma 
pequena variação na resistência. Utilizando um teor de 0,40% de fibras de polímero, a 
resistência da pasta de referência que era de 5,24GPa ficou em 5,07Kpsi, enquanto o 
módulo de elasticidade passou de 5,48Kpsi para 2,56GPa, confirmando que a adição de 
fibras tornou a pasta mais dúctil. Além disso, MORRIS et al (2003) também fizeram 
21 
 
uma análise qualitativa comparando a pasta de referência e três pastas com diferentes 
teores de fibra (0,20%, 0,40% e 0,60%). O resultado dessa análise mostra que o teor de 
0,4% seria o ideal para evitar a quebra, deterioração e desagregação do cimento durante 
uma tarefa de perfuração, salientando também que o teor de 0,40% não ocorreu nenhum 
incoveniente durante a mistura das pastas. 
BALTHAR (2010) determinou a resistência à compressão uniaxial com pastas 
de cimentação leve para diferentes teores de fibras de PVA e polipropileno. A análise 
estatística para as pastas com 0,50% e 1,00% de fibras de PVA determinou que não 
houve mudança significativa nos resultados de tensão de ruptura, módulo de 
elasticidade, coeficiente de Poisson, deformação axial e deformação lateral em relação 
aos resultados obtidos para pasta de referência sem fibras. As misturas com adição de 
0,50% e 0,75% de polipropileno apresentaram uma diminuição de 17,1% e 17,6% na 
resistência à compressão em relação a pasta de referência. Além disso, o reforço de 
0,50% e 0,75% de polipropileno provocou ,respectivamente, reduções no módulo de 
elasticidade de 11,5% e 6,2%. 
FAGUNDES (2012) realizou ensaios de compressão uniaxial para pastas de 
cimentação utilizando cimento e silica ativa como material cimentício com reforço 
fibroso. Os ensaios foram feitos para três tipos de pastas, a pasta de referência sem 
adição de fibra e pastas com adição de 0,25% e 0,50% de polipropileno. Observou-se 
que com a adição de 0,50% não aconteceu mudança na resistência à compressão em 
relação a pasta de referência. Em contra partida com 0,25% de polipropileno houve uma 
queda de 11,8% nessa propriedade. Podendo ser explicado por algum erro durante o 
processo do ensaio, como problema de concentração de tensões causado por falha no 
faceamento. O módulo de elasticidade não sofreu alteração significativa para nenhuma 
das três pastas. 
 
2.4.3 Resistência à tração na flexão 
A pasta de cimentação tem um comportamento frágil, com baixa ductilidade e 
com a resistência à tração bem menor que à compressão. Materiais fibrosos são 
utilizados em adição à pasta para torna-la mais dúctil. As fibras inseridas na matriz 
cimentícia funcionam como pontes, que transmitem as tensões entre as fissuras, 
22 
 
aumentando a capacidade de deformação e a resistência à quebra e ao impacto. Após a 
fissuração da matriz, as fibras servem para diminuir a velocidade de propagação, 
evitando uma ruptura frágil, aumentando a energia necessária para que ocorra a ruptura 
do material. 
Além do aumento de tenacidade, a diminuição da propagação das fissuras 
proporcionada pelo uso das fibras provoca uma diminuição da porosidade e 
permeabilidade da bainha de cimento, aumentando a resistência da pasta à entrada de 
fluidos e agentes agressivos, melhorando o isolamento da coluna de revestimento e 
aumentando a durabilidade da cimentação. 
BALTHAR (2010) determinou a resistência à tração na flexão de pastas de 
cimentação leves com diferentes teores de fibras de PVA e polipropileno. Os resultados 
mostraram que a tensão de primeira fissura diminuiu em 26,7% e 10,7% 
respectivamente, para os teores de 0,50% e 1,00% de PVA. Foi obtida, também uma 
máxima tensão de pós-fissuração de 97% do valor de tensão de primeirafissura, com a 
concentração de 1,00% de fibra de PVA. Para as pastas reforçadas com polipropileno, 
os resultados indicaram uma redução de 30,7% na tensão de primeira fissura para ambas 
concentrações de 0,50% e 0,75%. Além disso, a adição de 0,75% permitiu alcançar uma 
máxima tensão pós-fissuração igual ao resultado referente à carga de primeira fissura. 
Um aumento na ductilidade foi conseguido para todas as pastas com reforços fibrosos, 
sendo maior a medida que foi aumentada a concentração de fibras, para ambas as fibras, 
com vantagem para fibra de PVA. 
FAGUNDES (2012) determinou a resistência à tração na flexão de pastas de 
cimentação com adição de 0,25% e 0,50% de fibras de polipropileno. Verificou-se que, 
com o aumento do teor de fibra de polipropileno na pasta, houve um sensível 
decréscimo na resistência à tração na flexão. De acordo com a análise estatística não 
houve diferença significativa entre os módulos de ruptura das pastas de referência e com 
adição de 0,25% de polipropileno. No entanto, com adição de 0,50% de polipropileno 
houve um decréscimo de 25,7% para essa propriedade. Os módulos de elasticidade das 
pastas com 0,25% e 0,50% de polipropileno foram respectivamente iguais a 88,1% e 
71,4% do valor alcançado pela pasta de referência. 
 
23 
 
CAPÍTULO 3 PROGRAMA EXPERIMENTAL 
______________________________________________________________________ 
 
 
Neste capítulo serão apresentados os materiais utilizados para a confecção das 
pastas de alto desempenho, incluindo as suas propriedades e métodos de caracterização. 
Também será apresentado o procedimento de dosagem das pastas e as metodologias de 
preparo, condicionamento e cura das pastas. 
 
3.1 Caracterização dos Materiais 
No trabalho foram utilizados os seguintes materiais para o desenvolvimento das 
pastas: (i) Cimento Portland CPP Classe G, produzido pela Holcim; (ii) Sílica 325#; (iii) 
Aditivo Superplastificante Hormitec, produzido pela Anchortec; (iv) Agente 
modificador de viscosidade – VMA, Rheomac UW 410 produzido pela empresa BASF; 
(v) Fibras de polipropileno de 6mm, NeoFibra, da empresa Neomatex; (vi) Fibras de 
PVA de 6mm, Kuralon, da empresa Kurakay; (vii) Água deionizada proveniente da rede 
de abastecimento da cidade do Rio de Janeiro. A seguir veremos com mais detalhes os 
materiais utilizados. 
 
3.1.1 Cimento 
Foi utilizado o cimento Portland CPP classe G produzido pela Holcim. 
Atualmente este é o cimento mais utilizado para confecção de pastas para cimentação de 
poços por ser capaz de suportar as severas condições de pressão e temperatura nos 
poços de petróleo. O cimento classe G, fabricado em conformidade com a norma API, 
pode ser utilizado sem aditivos até profundidades de 2440m. 
Na Tabela 1 está a composição química do cimento classe G, em teor de óxidos, 
determinada por análises semiquantitativas realizadas por espectroscopia por 
fluorescência de energia dispersiva de raios-X. O ensaio foi realizado no equipamento 
24 
 
Shimadzu, modelo EDX 800, do Laboratório de Estruturas e Materiais da COPPE/UFRJ 
(Figura 7). 
 
 
Figura 7 - Equipamento Shimadzu Modelo EDX 800. 
 
 
Tabela 1 – Composição química do cimento CPP classe G. 
 
Composto químico Composição (%) 
SiO2 15,79 
Al2O3 3,52 
Fe2O3 5,57 
CaO 69,04 
K2O 0,58 
SO3 4,02 
SrO 0,28 
TiO2 0,21 
MnO 0,09 
NaO2 0,38 
Perda ao fogo 0,99 
 
A massa específica do cimento é de 3,24g/cm3 (27,0 lb/gal). O ensaio para 
determinar a massa específica foi realizado no Picnômetro a gás AccuPyc 1330 
(Micromeritics), no LABEST/COPPE/UFRJ (Figura 8). 
 
25 
 
 
Figura 8 – Picnômetro a gás AccPYC 1330. 
 
 
A distribuição granulométrica do cimento foi realizado no aparelho Malvern 
Mastersizer, do Laboratório de Estruturas e Materiais da COPPE/UFRJ (Figura 9). Por 
ser inerte quimicamente, o álcool etílico absoluto P.A. foi adotado como fluido 
dispersante. O diâmetro abaixo do qual se situam 50% das partículas (D50) do cimento é 
de 19,1 µm. Na Figura 10 está apresentado o gráfico do ensaio de distribuição 
granulométrica. 
 
 
 
Figura 9 - Granulômetro a laser Malvern Mastersizer. 
 
 
Figura 10 - Distribuição granulométrica das partículas de cimento (FAGUNDES, 2008).
 
 
3.1.2 Sílica 325# 
A sílica 325# (Figura 
considerada um pó de sílica
(VENTRUZ, 2014). Como sua numeração já determina, essa sílica é formada por 
quartzo moído finamente e passado em peneira de 
representa o tamanho de 44µm, o
partículas(D90) possuam diâmetro abaixo de 44µm.
 
 
 
 
Distribuição granulométrica das partículas de cimento (FAGUNDES, 2008).
Figura 11) é uma sílica inerte, composta basicamente por SIO
considerada um pó de sílica, normalmente, com garantia de pureza de 
. Como sua numeração já determina, essa sílica é formada por 
quartzo moído finamente e passado em peneira de malha número 325 
representa o tamanho de 44µm, ou seja, espera-se que, praticamente, quase
) possuam diâmetro abaixo de 44µm. 
 
Figura 11 – Sílica 325#. 
26 
 
Distribuição granulométrica das partículas de cimento (FAGUNDES, 2008). 
e, composta basicamente por SIO2, 
tia de pureza de 99% 
. Como sua numeração já determina, essa sílica é formada por 
malha número 325 (mesh), que 
, quase todas as 
27 
 
3.1.3 Aditivo Superplastificante 
Foi inserido em todas as pastas o Hormitec SP430 (Figura 12), um aditivo 
superplastificante da empresa Anchortec. A base de sua formulação é de naftaleno e é 
um aditivo líquido de segunda geração. Na Tabela 2 estão representadas as 
características do produto. 
 
Tabela 2 - Características do superplastificante Hormitec 430. 
Base Formulação Naftaleno 
Massa Específica (kg/dm3) 1,20 - 1,22 
pH 7,5 a 8,5 
Teor de Sólidos (%) 39,0 a 42,0 
 
 
 
Figura 12 - Aditivo Superplastificante Hormitec - SP430 (Anchortec). 
 
 
 
3.1.4 Agente Modificador
Para evitar alta segregação e exsudação nas pastas testadas foi utilizado um agente 
modificador de viscosidade
composto quimicamente por polímeros de celulose de alto peso molecular. O nome 
comercial deste agente modificador de
Rheomac UW 410 (Figura 
 
Figura 
 
 
3.1.5 Fibra de Polipropileno
A fibra de polipropileno utilizada foi a NeoFibra , da empresa Neomatex (
14). Essa fibra é composta por filamentos de polipropileno extremamente finos obtidos 
através de extrusão. Eles recebem tratamentos superficiais que facilitam a dispersão no 
concreto e depois são cortados
6mm de comprimento. 
odificador de Viscosidade 
segregação e exsudação nas pastas testadas foi utilizado um agente 
modificador de viscosidade (VMA). O VMA é um aditivo em pó fino e branco 
composto quimicamente por polímeros de celulose de alto peso molecular. O nome 
comercial deste agente modificador de viscosidade fabricado pela empresa BASF é 
Figura 13). 
 
Figura 13 - VMA - Rheomac UW 410(BASF). 
Fibra de Polipropileno 
A fibra de polipropileno utilizada foi a NeoFibra , da empresa Neomatex (
). Essa fibra é composta por filamentos de polipropileno extremamente finos obtidos 
através de extrusão. Eles recebem tratamentos superficiais que facilitam a dispersão no 
concreto e depois são cortados em comprimentos variados. O tamanho utilizado foi o
 
Figura 14 - Fibra de Polipropileno. 
 
28 
segregação e exsudação nas pastas testadas foi utilizado um agente 
. O VMA é um aditivo em pó fino e branco 
composto quimicamente por polímeros de celulose de alto peso molecular. O nome 
a empresa BASF é 
A fibra de polipropileno utilizada foi a NeoFibra , da empresa Neomatex (Figura 
). Essa fibra é composta por filamentos de polipropileno extremamente finos obtidos 
através de extrusão. Eles recebem tratamentos superficiais que facilitam a dispersão no 
em comprimentos variados. O tamanho utilizado foi o de 
29 
 
 
A Tabela 3 apresenta as características físicas das fibras, informadas pelo 
fabricante. O fabricante declara ainda que essa fibra tem excelente resistência alcalina,é 
imputrescível, não enferruja, sendo quimicamente inerte. 
 
Tabela 3 - Características físicas das fibras de polipropileno. 
Comprimento (mm) 6 
Diâmetro (µm) 12 
Massa Específica (g/cm3 – lb/gal) 0,94 – 7,85 
Ponto de fusão (ºC - ºF) 160 - 320 
Ponto de Ignição (ºC - ºF) 365 - 689 
Relação de aspecto (1/d) 500 
 
Através do ensaio de microscopia realizado por BARGHIGIANI (2013) não foi 
possível determinar o valor do diâmetro e a forma da seção transversal das fibras ao 
observá-las transversalmente (Figura 15a). No entanto, ao observá-las 
longitudinalmente foi possível confirmar o diâmetro médio fornecido pelo fabricante 
(Figura 15b). 
 
(a) (b) 
Figura 15 – Fibras de polipropileno (a) Análise da seção transversal; (b) Análise da seção longitudinal 
(BARGHIGIANI, 2013). 
 
 
30 
 
3.1.6 Fibra de PVA 
A fibra de PVA utilizada foi a de nome comercial KURALON, modelo RMH182 
com 6mm de diâmetro da empresa KURARAY (Japão) (Figura 16). Esta fibra é 
composta por filamentos de PVA extremamente finos. 
 
 
Figura 16 - Fibra de PVA. 
 
De acordo com a Tabela 4 seguem as características da fibra informadas pelo 
fabricante: 
 
Tabela 4 - Características das fibras de PVA. 
Comprimento (mm) 6 
Diâmetro da fibra (µm) 14 
Peso específico (g/cm3 – lb/gal) 1,3 – 10,85 
Tensão de escoamento (MPa) 1900 
Elasticidade (%) 5% 
Módulo de Young (GPa) 43 
 
Na Figura 17a é possível observar que as fibras de PVA também apresentaram 
danos em suas seções transversais ao serem cortadas. Com a análise da seção 
longitudinal da fibra foi possível analisar o diâmetro da fibra, conforme mostrado na 
Figura 17b, onde é possível observar que a fibra apresenta diâmetro médio compatível 
com o valor fornecido pelo fabricante (BARGHIGIANI, 2013). 
31 
 
 
 
(a) (b) 
Figura 17 – Fibras de PVA: (a) Análise da seção transversal; (b) Análise da seção longitudinal 
(BARGHIGIANI, 2013). 
 
 
3.1.7 Água 
A água utilizada em todas as pastas foi proveniente da rede de abastecimento da 
cidade do Rio de Janeiro, passando por três diferentes filtragens mecânicas e pelo 
processo de deionização. Após o processo de filtragem e deonização, a água é 
armazenada em um tanque de PVC de 30 litros (Figura 18). 
 
 
Figura 18 - Deonizador e tanque de armazenamento de água. 
 
 
32 
 
3.2 Dosagens das Pastas 
A composição onde ocorre o melhor desempenho de pastas de cimentação que 
utilizam sílica 325# é entre 35% a 40% de sílica e 100% de cimento, nos teores de 
massa (MIRANDA, 2008). Portanto utilizou-se na pasta de referência o cimento CPP 
classe G e a sílica 325#, nos teores de 100% e 37% respectivamente. Em seguida, foram 
determinados os teores de água e do superplastificante Hormitec, simultaneamente, 
realizando os ensaios de compatibilidade e ponto de saturação entre os materiais 
cimentícios e o aditivo. Segundo MIRANDA (2008), em pastas com cimento e sílica 
325# o teor ótimo de água fica entre 30% e 40%. Portanto as relações entre água-
cimento utilizadas foram de 0,30, 0,35 e 0,40 e, em seguida, foram feitas as curvas de 
tempo de escoamento versus teor de aditivo para determinar a melhor relação água-
material cimentício (a/mc) e o teor ótimo de aditivo. 
 
3.2.1 Ensaio de Compatibilidade e Ponto de Saturação 
O objetivo desse ensaio é verificar a compatibilidade entre os materiais 
cimentícios e o superplastificante utilizado, determinando também o teor ótimo de 
superplastificante, ou seja, o ponto de saturação da pasta. Essas características são 
avaliadas por um gráfico do tempo de escoamento versus a porcentagem de aditivo. O 
ponto de saturação é definido a partir do qual a adição de aditivo não fornece uma 
redução significativa no tempo de escoamento. Para realização do ensaio foi utilizado o 
Funil de Marsh com sua base (Figura 19a), onde a pasta é inserida e escoa em uma 
proveta graduada em até 1000 ml (Figura 19b). Marca-se o tempo do escoamento da 
mesma pasta nos intervalos de tempo: 10min, 30min e 60min. Na Figura 19c pode ser 
visto o ensaio sendo realizado. 
 
 
(a) 
Figura 19 – Ensaio de Compatibilidade e Ponto de Saturação: (a) Funil e base; (b) Proveta graduada; (c) 
 
O procedimento realizado
• Pesagem e homogeneização dos materiais cimentícios em um saco 
plástico; 
• Pesagem do superplastificante e da água diretamente no copo do 
misturador; 
• Ajuste do misturador para 2970rpm
homogeneizados em um tempo de até 1 minuto;
• Após inserção dos materiais cimentícios, deixar o misturador 
funcionamento por 8minutos;
• Após 8 minutos, desligar o misturador e deixar
e 30s; 
• Depois desse tempo, religa
• Inserir toda pasta no funil com o orifício
de toda pasta no
cronometrar o tempo até a pasta atingir a marca de 1000ml na proveta; 
• Após medição, deixar a pasta num béquer fechado com plástico e em 
repouso, até a próxima leitura;
 
(b) 
Ensaio de Compatibilidade e Ponto de Saturação: (a) Funil e base; (b) Proveta graduada; (c) 
Ensaio sendo realizado. 
O procedimento realizado para o ensaio está apresentado a seguir.
Pesagem e homogeneização dos materiais cimentícios em um saco 
Pesagem do superplastificante e da água diretamente no copo do 
 
o misturador para 2970rpm, e inserção dos materiais 
izados em um tempo de até 1 minuto; 
Após inserção dos materiais cimentícios, deixar o misturador 
cionamento por 8minutos; 
Após 8 minutos, desligar o misturador e deixar a pasta repousar por 1min 
Depois desse tempo, religa-se o misturador por 10 segundos;
Inserir toda pasta no funil com o orifício inferior fechado. Após inserção 
toda pasta no funil, liberar o orifício para fluxo do material e
cronometrar o tempo até a pasta atingir a marca de 1000ml na proveta; 
Após medição, deixar a pasta num béquer fechado com plástico e em 
até a próxima leitura; 
33 
 
(c) 
Ensaio de Compatibilidade e Ponto de Saturação: (a) Funil e base; (b) Proveta graduada; (c) 
está apresentado a seguir. 
Pesagem e homogeneização dos materiais cimentícios em um saco 
Pesagem do superplastificante e da água diretamente no copo do 
, e inserção dos materiais 
Após inserção dos materiais cimentícios, deixar o misturador em 
a pasta repousar por 1min 
o misturador por 10 segundos; 
inferior fechado. Após inserção 
liberar o orifício para fluxo do material e 
cronometrar o tempo até a pasta atingir a marca de 1000ml na proveta; 
Após medição, deixar a pasta num béquer fechado com plástico e em 
34 
 
• Repetir o mesmo procedimento para os intervalos de 30 e 60 minutos. 
Antes de cada intervalo, a pasta deve ser homogeneizada com uma 
espátula e levada ao misturador por 10 segundos. 
Como dito anteriormente, os ensaios de compatibilidade e ponto de saturação 
foram realizados em pastas com relação água-material cimentício de 0,30, 0,35 e 0,40. 
Na Tabela 5 estão apresentados os teores de água, cimento e sílica 325# das pastas 
avaliadas. 
 
Tabela 5 - Pastas avaliadas inicialmente. 
Materiais 
Teores dos Materiais (% da massa em relação ao cimento) 
a/mc = 0,30 a/mc = 0,35 a/mc = 0,40 
CPP Classe G 
Sílica 325# 
Água 
100 
37 
30 
100 
37 
35 
100 
37 
40 
 
Após feitos os ensaios, foi determinado que a melhor relação a/mc é de 0,40 
devido ao comportamento observado das curvas, percebeu-se que houve uma menor 
variação do tempo de escoamento entre os diferentes intervalos de leitura para o mesmo 
teor de aditivo. O teor de aditivo considerado ótimo foi de 0,50%, percebe-se que não 
houve muita mudança nas curvas utilizando teores superiores. Essa pasta de referencia 
inicial foi nomeada como PR325. 
Na Figura 20 pode ser observado o gráfico de tempo de escoamento versus teor de 
aditivo para pasta com relação a/mc igual a 0,30. Percebe-se que não ocorre um 
fechamento das curvas de escoamento com o aumento do teor de aditivo. Em contra 
partida, para os teores de água de 0,35 e 0,40 ocorre o fechamento das curvas com o 
aumento de aditivo. Porém para as curvas