BR112018011571B1 - Colher de pedreiro portátil de mão, e, método para determinar propriedades reológicas de concreto - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO PORTÁTIL DE MÃO, E, MÉTODO PARA DETERMINAR PROPRIEDADES REOLÓGICAS DE CONCRETO. A presente invenção se refere a um dispositivo portátil de mão (10) para determinar propriedades reológicas de concreto compreendendo um manípulo (11) para operar manualmente o dispositivo, uma pá não rotativa (12) afixada ao dito manípulo (11), meios sensores (14) para determinar uma força que atua sobre a dita pá (12), um módulo eletrônico (17) para avaliar os dados coletados pelos ditos meios sensores (14) e uma fonte de energia elétrica para suprir energia elétrica para os ditos meios sensores e o dito módulo eletrônico. A invenção também se refere a um método para determinar propriedades reológicas de concreto usando tal dispositivo portátil de mão compreendendo as etapas de imergir completamente a dita pá (12) do dito dispositivo no concreto; mover manualmente a dita pá (12) ao longo de um trajeto linear através do concreto por uma distância predeterminada; medir uma força que atua sobre a dita pá (12) durante o seu movimento através do concreto e coletar os ditos dados de força; avaliar os dados de força medida e exibir os resultados avaliados.

Description

Descrição

[01] A presente invenção se refere a um dispositivo e método que usam o dispositivo para determinar propriedades reológicas de concreto.

[02] No passado recente, a tecnologia de concreto foi empurrada para limites extremos: Por um lado, é atualmente possível produzir membros com propriedades mecânicas e de flexão extremas, e para verter o concreto que retém a capacidade de trabalho por horas sob as condições mais severas e para assegurar desempenhos muito altos em termos de durabilidade e estética.Por outro lado, o alcance de tais limites extremos implica no trabalho com um material que se torna mais difícil de manusear, de mover, de bombear, de verter e de terminar.

[03] Aditivos, tais como superplastificantes, podem ser usados para melhorar as propriedades reológicas de concreto, por exemplo, de concreto de autocompactação. As misturas contendo concreto com base em polímeros sintéticos são comumente denotadas como “concreto reoplástico”. As propriedades de concreto de estado fresco são usualmente distinguidas no local de trabalho com métodos padronizados tais como testes de abatimento, fluxo de abatimento ou VEBE. Os valores obtidos são usados para descrever tanto a fluidez inicial do concreto quanto a sua retenção de capacidade de trabalho. Entretanto, estes métodos não são capazes de distinguir as propriedades reológicas de concreto que podem ter um impacto importante em sua produção. A partir do tempo de mistura até o acabamento de superfície, através do bombeamento e colocação, a reologia de concreto desempenha um papel chave na vida de construção, mas sua quantificação em cada etapa não é uma tarefa fácil.

[04] A reologia é, por definição, o estudo do fluxo de matéria, principalmente no estado líquido, mas também como “sólidos moles” ou sólidos sob condições nas quais eles respondem com fluxo de plástico ao invés de se deformar elasticamente em resposta a uma força aplicada. Como um sistema coloidal, a reologia do concreto pode ser expressada pelo modelo de Bingham. Um fluido de Bingham é um material viscoplástico que se comporta como um corpo rígido em baixos estresses, mas flui como um fluido viscoso em alto estresse. O estresse de escoamento (TO) determina o valor quando o concreto começa a fluir sob sua própria massa. A viscosidade plástica (μ) determina o tempo de fluxo ou a velocidade do concreto durante a vertência ou o bombeamento. Este valor indica quão facilmente o concreto pode ser colocado ou preenchido em formas.

[05] Reômetros para concreto são projetados para distinguir o estresse de escoamento estático, o estresse de escoamento dinâmico e a viscosidade plástica do concreto. Um alto estresse de escoamento estático é desejável, pois reduz a cofragem e aumenta a resistência à segregação. Contudo para facilidade de bombeamento, colocação e autoconsolidação, é necessário um baixo estresse de escoamento dinâmico. A viscosidade dinâmica provê coesividade e contribui para a redução da segregação quando o concreto está fluindo. Até agora, os testes realizados em laboratório e no local de trabalho foram focados na avaliação da capacidade de trabalho de materiais de cimentação frescos pela medição da mudança no abatimento ou fluxo de abatimento. Estes testes industriais são, na maioria das circunstâncias, correlacionados diretamente ao estresse de escoamento. Embora os materiais cimentícios não sejam apenas fluidos de estresse de escoamento, esta abordagem pragmática foi justificada pelo fato de que o estresse de escoamento é frequentemente o parâmetro mais relevante para descrever a capacidade de um material preencher, sob seu próprio peso, uma cofragem ou mais geralmente um molde.

[06] Tendências recentes na modificação do projeto de mistura (redução da razão de água/aglutinante, adição de agregados ásperos, etc.) entretanto, têm mostrado consequências dramáticas sobre a capacidade de trabalho do material e trabalhadores no local de construção frequentemente reclamam sobre estes concretos “pegajosos” que são incapazes de serem colocados e acabados na superfície. Esta “pegajosidade” e, mais especificamente, o estresse adicional necessário para trabalhar o material, não está somente relacionado ao estresse de escoamento, mas também à viscosidade plástica. Portanto, uma redução tanto do estresse de escoamento (To) como da viscosidade plástica (μ) contribui para melhorar as propriedades reológicas de concreto. A avaliação prática de pegajosidade e reologia é, em geral, uma tarefa tenaz sendo bastante difícil atribuir um único número para a “sensação percebida” de reologia que os clientes têm.

[07] Geralmente, usa-se um reômetro para medir o estresse de escoamento e os valores de viscosidade plástica, mas ambos os números não são tão diretamente e facilmente correlacionados com as propriedades de concreto medidas no local de trabalho e nem todos os locais de trabalho são tipicamente equipados com um tal instrumento.

[08] Portanto, existe uma necessidade de métodos e dispositivos de teste melhorados que sejam capazes de prover resultados significativos em relação a alguns aspectos cruciais do trabalho no local de trabalho, como a colocação, a vibração e o acabamento. Além disso, já que estes métodos e dispositivos devem ser empregados não somente no laboratório, mas também no local de trabalho, os respectivos dispositivos devem ser portáteis. A “capacidade de colocação” é aqui usada como uma medida da facilidade de movimentação do concreto após a vertência.

[09] Em uma conferência realizada pela European Ready Mixed Concrete Organization ERMCO (Organização Europeia de Concreto Misto Pronto) em 4 de junho de 2o15 em Istambul (Turquia), o presente requerente apresenta uma nova ferramenta portátil que usa um sistema de polia para quantificar o torque necessário para mover uma pá imersa através do concreto. A pá afixada a um carrinho com rodas móveis é imersa em uma cofragem ou balde ou um recipiente cheio com concreto. O carrinho com rodas é afixado a uma polia por meio de um fio de aço. A própria polia é afixada ao eixo geométrico de um reômetro o qual rota a polia constantemente com uma velocidade de rotação predeterminada. O torque medido pelo reômetro é registrado simultaneamente. Enquanto este dispositivo portátil permite uma determinação mais realística das propriedades do concreto devido ao fato de que o movimento de uma pá através do concreto se relaciona mais de perto com a manipulação de concreto feita pelos trabalhadores no local de trabalho, este dispositivo portátil ainda requer uma organização elaborada de diferentes componentes e uma fonte de energia externa e, portanto, é usado principalmente no laboratório e é apenas de uso limitado no local de trabalho.

[10] O documento US 5,541,855, descreve um dispositivo portátil para testar as propriedades de concreto ou argamassa fresca ou não curada. O GB 2092308 descreve um medidor portátil de capacidade de trabalho em concreto. Ambos os dispositivos da técnica anterior empregam sondas rotativas que são imersas no concreto ou argamassa. Consequentemente, estes dispositivos são essencialmente reômetros rotativos potáveis e, portanto, sofrem os mesmos problemas que os reômetros de laboratório convencionais quando se trata de determinar as propriedades reológicas do concreto: por exemplo, a sonda rotativa causará uma segregação radial das partículas sólidas presentes no concreto fluido falsificando assim as propriedades medidas. Além disso, as medidas obtidas por uma sonda rotativa não se correlacionam prontamente com a “sensação” subjetiva experimentada por um trabalhador no local de trabalho ao testar manualmente as propriedades do concreto.

[11] Portanto, o problema técnico que permeia a presente invenção pode ser considerado como provendo um dispositivo e método melhorados para determinar as propriedades reológicas de concreto que podem ser usadas no local de trabalho e que não requerem qualquer habilidade analítica do operário usando o dispositivo.

[12] Este problema técnico é resolvido pelo dispositivo e método para determinar as propriedades reológicas de concreto como definidos nas reivindicações anexas.

[13] Consequentemente, a presente invenção se refere a um dispositivo portátil de mão para determinar as propriedades reológicas de concreto compreendendo um manípulo para operar manualmente o dito dispositivo, o dito manípulo tendo uma extremidade dianteira e uma extremidade traseira, uma pá afixada de maneira não rotacional à extremidade dianteira (13) do dito manípulo, os meios sensores para determinar uma força que atua sobre a dita pá, um módulo eletrônico para avaliar os dados coletados pelos ditos meios sensores e uma fonte de energia elétrica para suprir energia elétrica para os ditos meios sensores e o dito módulo eletrônico.

[14] A presente invenção provê um dispositivo compacto, autoenergizado, manualmente portátil que pode ser prontamente usado em um local de trabalho e não requer uma organização sofisticada ou treinamento elaborado por parte do usuário. A fim de realizar uma medição, o usuário meramente tem que imergir a pá no concreto e agarrar o manípulo de modo que mova manualmente a pá imersa através do concreto enquanto a força que atua sobre a pá é registrada. Portanto, o manípulo apresenta uma forma externa que pode ser facilmente agarrada por uma mão do usuário. Preferivelmente, o manípulo é configurado como uma barra de manipulação alongada que tem uma forma essencialmente cilíndrica com uma seção transversal circular, elíptica ou ergonomicamente conveniente. A pá pode ser diretamente afixada à extremidade dianteira do manípulo ou indiretamente através dos ditos meios sensores quando eles são providos na extremidade dianteira do manípulo ou entre a extremidade dianteira do manípulo e da pá. Preferivelmente, a pá é afixada ao manípulo através de um eixo. Quando o manípulo é configurado como uma barra de manipulação essencialmente cilíndrica, e preferido que a pá seja afixada na extremidade dianteira da barra de manipulação enquanto o módulo eletrônico é provido na extremidade traseira da barra de manipulação para contrabalançar o peso da pá.

[15] Como a pá não é afixada de forma não rotativa ao manípulo, a força que atua sobre a pá durante o movimento através do concreto pode resultar em uma pressão que atua sobre a pá a qual pode ser medida usando um sensor de pressão disponível comercialmente ou resultar em uma força de dobra atuando sobre a pá a qual pode ser medida usando sensores de força comercialmente disponíveis.

[16] Em qualquer caso, a pá não rotativa não causa segregação radial de partículas sólidas presentes no concreto de modo que as propriedades medidas com o dispositivo da invenção não sejam alteradas pelo próprio processo de medição. Além disso, o dispositivo da presente invenção imita uma colher de pedreiro convencional usada pelos trabalhadores no local de trabalho de modo que os dados medidos possam ser correlacionados com a “sensação” subjetiva experimentada pelos trabalhadores quando testando manualmente as propriedades de concreto.

[17] Os dados de força como medidos pela colher de pedreiro podem ser correlacionados com propriedades reológicas, respectivamente propriedades tais como viscosidade plástica similar.

[18] Preferivelmente, a pá é afixada de forma removível ao manípulo, permitindo que a pá seja mudada. Em uma forma de realização, o dispositivo compreende pelo menos duas pás permutáveis de modo que a forma de pá e/ou área de superfície possa ser adaptada para várias propriedades reológicas dos materiais de cimentação, tais como pasta, argamassa, concreto, etc.

[19] Vários meios sensores para medir a força que atua sobre a pá podem ser empregados no dispositivo da invenção. Por exemplo, os sensores de força ou de pressão conhecidos na técnica podem ser montados diretamente na pá. Os sensores de pressão para medir uma pressão que atua sobre a pá ou os sensores de força para medir as forças de dobra que atuam sobre a pá e/ou o eixo de pá, preferivelmente, empregam medidores manométricos de tensão, por exemplo, medidores manométricos de tensão resistivos (medidores manométricos de tensão de metal ou semicondutores), ou sensor piezoelétrico.

[20] Devido ao movimento linear da pá durante a medição, medidores manométricos de tensão de eixo geométrico único podem ser empregados. Entretanto, em certas formas de realização da invenção, medidores manométricos de tensão de múltiplos eixos geométricos podem ser usados para determinar adicionalmente desvios a partir do movimento linear de modo que, por exemplo, um aviso possa ser atuado quando uma medição poderia ser menos confiável devido ao manuseio incorreto do dispositivo da invenção.

[21] Em uma forma de realização preferida, os meios sensores compreendem uma cabeça de sensor arranjada em uma extremidade dianteira do manípulo. Neste caso, a pá é rigidamente afixada à cabeça de sensor e a força que atua sobre a pá é convertida em um torque que atua sobre a cabeça de sensor, por exemplo, através de um eixo que conecta a pá à cabeça do sensor. Em uma forma de realização preferida, a cabeça de sensor compreende uma lâmina de flexão sobre a qual a pá é rigidamente fixada através do eixo. A força de dobra que atua sobre a pá durante o movimento através do concreto resulta em um torque que atua na lâmina de flexão o qual causa uma deformação, por exemplo, uma curvatura da lâmina de flexão. A deformação da lâmina de flexão resulta na tensão que pode então ser medida usando um medidor manométrico de tensão como descrito acima. A lâmina de flexão pode compreender um suporte de montagem o qual prende o eixo da pá de maneira rígida, mas de maneira liberável à lâmina de flexão.

[22] O módulo eletrônico para avaliação dos dados coletados pelos ditos meios sensores pode compreender uma placa de circuito eletrônico que é preferivelmente configurada para avaliar a força máxima e/ou a força média aplicada à pá através de seu tempo de deslocamento. Adicionalmente ou alternativamente, o módulo eletrônico avalia a integral da força aplicada sobre a distância percorrida, isto é, a área sob a curva de força-versus-distância ou força-versus-tempo. O módulo eletrônico também pode compreender meios de armazenamento para armazenar os dados medidos e/ou uma interface para transferir dados para um computador externo, por exemplo, uma interface com fio tal como uma porta USB ou uma interface sem fio tal como uma interface Bluetooth ou WiFi.

[23] Preferivelmente, o módulo eletrônico compreende um visor. O visor tem várias formas. Em uma forma de realização, o visor pode compreender uma tela, por exemplo, uma tela LCD ou OLED. No ambiente rigoroso no local de trabalho, entretanto, um visor simples e robusto é usualmente preferido. Em uma forma de realização, o visor compreende uma leitura digital para indicar a força máxima ou média avaliada ou a força integrada aplicada à pá. Alternativa ou adicionalmente, o visor pode compreender uma ou mais luzes indicadoras, por exemplo, um ou mais díodos emissores de luz (LEDs). As luzes indicadoras podem ser usadas para indicar o status do dispositivo da invenção, mas também para indicar se a força medida está dentro de limites predeterminados aceitáveis, que pode, por exemplo, ser indicado através de LEDs vermelhos e verdes, respectivamente.

[24] De acordo com uma forma de realização preferida, os meios sensores ou o dito módulo eletrônico compreende um acelerômetro, preferivelmente um acelerômetro de 3 eixos geométricos. O acelerômetro pode ser usado para determinar o desvio do dispositivo a partir de sua orientação vertical, especificamente o desvio da pá a partir da sua orientação vertical. Enquanto a força que atua sobre a pá é reduzida se a pá não for orientada perpendicular à direção de moção, os dados obtidos a partir do acelerômetro podem ser usados para calcular a área efetiva da pá na direção de moção e calibrar os dados de força medidos consequentemente. Adicionalmente ou alternativamente aos medidores manométricos de tensão de múltiplos eixos geométricos descritos acima, os dados do acelerômetro também podem ser usados para determinar desvios do movimento linear da pá.

[25] Várias fontes de energia elétrica podem ser empregadas com o dispositivo da presente invenção. Preferivelmente, uma fonte de energia integrada é usada para permitir uma operação portátil verdadeiramente independente. Para este efeito, a fonte de energia elétrica pode, por exemplo, compreender uma bateria recarregável ou não recarregável.

[26] A presente invenção é também direcionada a um método para determinar propriedades reológicas de concreto usando um dispositivo portátil de mão conforme definido acima. O método de acordo com a invenção compreende as etapas de - imergir completamente a pá do dito dispositivo no concreto, permitindo assim a obtenção de resultados reproduzíveis em medições subsequentes; - mover manualmente a dita pá ao longo de um trajeto linear através do concreto por uma distância predeterminada; - medir uma força que atua sobre a dita pá durante o seu movimento através do concreto e coletar os ditos dados de força; - avaliar os dados de força medida e exibir os resultados avaliados.

[27] Se a pá não estiver completamente imersa, a reprodutibilidade dos resultados em medições subsequentes é negativamente afetada. Também é preferido que a pá seja mantida na posição vertical, mas, conforme explicado acima, os desvios de uma orientação vertical podem ser automaticamente corrigidos se um dispositivo compreendendo um acelerômetro for usado.

[28] Preferivelmente, os ditos dados de força são coletados em intervalos de tempo regulares. Como a distância total é predeterminada e assumindo que a pá é movida com uma velocidade essencialmente constante, os intervalos de tempo regulares correspondem essencialmente a intervalos de distância e a área sob a curva de força representa a energia gasta para mover a pá através do concreto.

[29] De acordo com uma forma de realização preferida do método da invenção, os ditos dados de força são automaticamente coletados quando a força medida excede um limite predeterminado, simplificando assim a operação do dispositivo.

[30] A distância sobre a qual a pá deve ser movida através do concreto durante uma medição é tipicamente selecionada de modo que a pá possa varrer a distância sem o operador ter que mudar a sua posição. Uma distância conveniente típica é selecionada entre 10 e 60 cm, preferivelmente cerca de 30 cm.

[31] Tipicamente, os resultados avaliados compreendem a força máxima e/ou a força média medida ao longo do trajeto da dita pá e/ou uma integral sobre os ditos dados de força obtidos durante o movimento da dita pá. Estes resultados podem ser mostrados em um visor provido no dispositivo. Estes resultados avaliados e/ou os dados originais também podem ser transferidos através de uma conexão de dados com fio ou sem fio para um computador estacionário ou para um dispositivo de computação móvel tal como um computador de mesa ou um telefone móvel.

[32] A presente invenção será agora descrita em maiores detalhes com referência a uma forma de realização preferida representada graficamente nos desenhos anexos.

[33] Nos desenhos, a Figura 1 representa graficamente uma vista em perspectiva de um dispositivo portátil de mão de medição de propriedades reológicas de concreto de acordo com a invenção; a Figura 2 mostra uma vista lateral do dispositivo da figura 1; a Figura 3 mostra uma vista ampliada do sensor de força do dispositivo das figuras 1 e 2; a Figura 4 mostra uma vista em corte axial do sensor de força da Figura 3; a Figura 5 mostra uma medição de força exemplar usando o dispositivo da invenção; a Figura 6 mostra dados de correlação de propriedades reológicas de um primeiro tipo de concreto determinado com um teste convencional e com o dispositivo da invenção, respectivamente; e a Figura 7 mostra dados similares aos da Figura 6 para um segundo tipo de concreto.

[34] A Figura 1 mostra uma forma de realização preferida do dispositivo portátil de mão para determinar propriedades reológicas de concreto da invenção. Nesta forma de realização, o dispositivo da invenção tem uma configuração global de uma colher de pedreiro portátil 10. Da mesma forma que a colher de pedreiro convencional, a colher de pedreiro 10 da presente invenção compreende uma barra de manipulação 11 e uma pá 12 afixada à barra de manipulação 11. Em sua extremidade frontal, a barra de manipulação 11 compreende uma cabeça de sensor 14 na qual a pá 12 é afixada de maneira removível por meio de um eixo 15. Em sua extremidade traseira 16, a barra de manipulação 11 compreende um módulo eletrônico 17 no qual um visor 18 é provido. Na forma de realização representada graficamente na figura 1, o visor 18 compreende uma leitura digital 19 e a primeira e segunda luzes indicadoras de LED 20, 21. As luzes indicadoras 20, 21 podem ser usadas como indicadores de estado que mostram o desempenho correto do dispositivo. As luzes indicadoras também podem ser usadas para mostrar se as propriedades reológicas de concreto estão dentro de limites predeterminados, por exemplo, por meio de luzes vermelhas e verdes, respectivamente. Na cabeça de sensor 14, é provido um sensor de força, o qual é capaz de medir a força que atua sobre a pá 12. O sensor de força será descrito em mais detalhes nas figuras de conexão 3 e 4 abaixo. No módulo eletrônico 17, um painel eletrônico (não representado nos desenhos) é provido, o qual coleta e processa os dados de força detectados pela cabeça de sensor 14 e o qual controla o visor 18. O módulo eletrônico 17 e/ou o barra de manipulação 1 também aloja uma fonte de energia elétrica, que no presente caso consiste em duas baterias de AA que podem ser recarregáveis.

[35] A Figura 2 mostra uma vista lateral da colher de pedreiro 10 da Figura 1.

[36] Para determinar as propriedades reológicas de concreto, a colher de pedreiro 10 é usada como o seguinte: Mediante a ignição da colher de pedreiro 10 através de uma comutador liga/desliga (não representado graficamente nos desenhos), o sistema realiza uma calibração automática de hardware do sensor de força a fim de calibrar os dados em temperatura ambiente. Após a conclusão da calibração inicial, a pá 12 é completamente imersa no concreto e o operador realiza manualmente uma translação linear da colher de pedreiro 10 em uma distância predeterminada, tipicamente 30 cm. Com o início do movimento, o sistema começa automaticamente a adquirir dados de força que atua sobre a pá. Em uma forma de realização preferida, a cabeça de sensor 14 ou a placa eletrônica do módulo eletrônico 17 e é também provida com um acelerômetro que permite determinar o ângulo da pá com relação à sua orientação vertical. Estes dados são coletados concorrentemente durante o movimento da colher de pedreiro 10. Quando a tradução é terminada, os dados coletados são interpolados e o resultado da força média e/ou máxima aplicada à pá é exibida na leitura digital 19 do módulo eletrônico 17.

[37] Tipos variados de sensores de força conhecidos na técnica podem ser usados para determinar a força que atua sobre a pá 12 durante seu movimento no concreto.

[38] Na forma de realização preferida representada graficamente nos desenhos, um sensor de flexão é usado para determinar a força que atua sobre a pá durante seu movimento para o concreto. O sensor de flexão traduz uma medição de força em uma medição de torque. Este tipo de medição será descrita agora em maiores detalhes fazendo referência às Figuras 3 e 4.

[39] A Figura 3 é uma vista ampliada da cabeça de sensor 14 da colher de pedreiro 10 das figuras 1 e 2. A Figura 4 mostra uma vista em corte da cabeça de sensor 14.

[40] Como pode ser tomado a partir da Figura 3, a pá 12 é conectada rigidamente através do eixo 15 em uma lâmina de flexão 22 arranjada na extremidade dianteira do cabeça de sensor 14. A lâmina de flexão 22 tem um uma borda fixada 23 que é fixada no corpo 24 da cabeça de sensor 14. A borda oposta 25 da lâmina de flexão 22 é livre para se mover e atua como uma borda flutuante. Consequentemente, uma força que atua sobre a pá imersa 12 durante seu movimento através da linha no concreto é propagada de uma maneira rígida à lâmina de flexão 22. Devido às suas bordas fixadas e móveis, respectivamente, a lâmina de flexão é livre para deslizar e dobrar-se em resposta a uma força de dobra que atua sobre o mesmo através do eixo 15. O movimento da lâmina de flexão é medido usando um sensor de flexão, por exemplo, um medidor manométrico 26 diferente, aplicado à lateral inferior da lâmina de flexão 22, como pode ser tomado a partir da vista em corte da Figura 4. A Figura 4 também representa graficamente uma cobertura frontal 27 que foi omitida na vista da Figura 3 por razões de clareza. A cobertura 27 é provida com uma abertura 28 através da qual um eixo 15 pode passar de maneira deslizável. A cobertura 27 é arranjada de uma maneira de modo que não impeça o movimento de deslizamento e dobra da lâmina de flexão 22 com os limites necessários para medir as forças/torques esperados. Para este efeito, na forma de realização representada graficamente na Figura 4, a lateral inferior 29 da cobertura 27 é provida com um rebaixo 30 permitindo que a lâmina de flexão 22 se dobre para cima em resposta ao torque aplicado à lâmina 22 pelo eixo 15. Uma curvatura simbólica típica da lâmina de flexão 22 em resposta ao torque aplicado pelo eixo 15 é representada graficamente pela linha 31, com as setas 32 indicando o movimento de dobra e a seta 33 indicando o movimento deslizante da lâmina de flexão 22, respectivamente. O ponto fixo 34 indica a extremidade fixada da linha 31 (isto é, lâmina 22).

[41] Na forma de realização preferida representada graficamente nos desenhos, a pá imersa é feita de aço austenítico AISI314 enquanto a lâmina de flexão é feita de aço harmônico 38Si7.

[42] O movimento da lâmina de flexão 22 induz uma mudança de resistência elétrica no medidor manométrico de tensão 26 que é vermelho em uma forma diferencial por uma ponte de Wheatstone provida na placa eletrônica no módulo eletrônico 17. Consequentemente, é possível compensar erros induzidos pela temperatura ambiente e por quaisquer resistências elétricas inerentes ao sistema. O sinal de saída da ponte de Wheatstone é passado para um amplificador diferencial (“trilho para trilho”), permitindo assim a compensação de erros introduzidos pela variação da voltagem da bateria. Subsequentemente, o sinal analógico é lido em um conversor analógico/digital com resolução de 10 bits.

[43] A fim de compensar as mudanças na área efetiva da pá, quando esta não é mantida verticalmente durante seu movimento, os dados do acelerômetro de 3 eixos geométricos (que podem ser providos na cabeça de sensor 14 ou no painel eletrônico do módulo eletrônico 17) são avaliados e os dados de força são apropriadamente corrigidos para compensar as mudanças na área efetiva.

[44] Um processador PIC coleta os dados digitais e os acumula desde que uma força seja aplicada à pá submersa. Tão logo a força desaparecer ou cair abaixo de um limite predeterminado, os dados são ajustados pelos valores do ângulo medidos do instrumento e a integral da curva é calculada e os resultados correspondentes são indicados no visor 18. Os dados podem ser mostrados como valores digitais na leitura digital 19 ou mesmo quase através de LEDs vermelhos e verdes 20, 21, respectivamente, indica-se se as propriedades reológicas de concreto estão dentro de limites predeterminados ou não.

[45] O visor 18 mostra normalmente apenas os dados da última medição. Estes dados podem ser apagados quando uma nova medição é realizada, mas de acordo com uma forma de realização preferida, a placa eletrônica também compreende um armazenamento de dados e/ou uma interface (por exemplo, uma porta USB) permitindo que os dados sejam transferidos para um computador externo (por exemplo, um computador estacionário, computador de mesa ou um telefone móvel) para processamento e avaliação detalhados. Neste caso, os dados armazenados podem não apenas incluir dados de resumo, tais como força máxima ou um valor integral sobre a curva de força de uma medição, mas também pode incluir todos os pontos de medição individuais.

[46] A figura 5 mostra os dados brutos de tal medição. A pá imersa é movida manualmente através do concreto a uma distância de aproximadamente 30 cm. Os dados são coletados a cada 0,05 segundos. No eixo geométrico x, cada ponto de dados é numerado sequencialmente, isto é, o tempo de medição total de aproximadamente 2,5 segundos é mostrado. O eixo geométrico y indica a resistência do medidor manométrico de tensão 26. A resistência pode ser calibrada à força que atua sobre a pá, isto é, a curva 35 representa graficamente uma curva que corresponde essencialmente à força que atua sobre a pá 12, enquanto a pá 12 é movida através do concreto. A área hachurada 36 sob a curva 35 corresponde essencialmente ao gasto de energia enquanto move a pá através do concreto. O visor 18 da colher de pedreiro 10 por si mesmo somente mostra a força máxima medida e/ou a área total sob a curva de força/tempo.

[47] Com o método da invenção, é possível detectar diferenças reológicas entre os concretos, por exemplo, concretos contendo diferentes ou quantidades diferentes de superplastificantes e os dados medidos que se correlacionam, coesividade esta que é sentida pelos operadores. Para mostrar esta correlação, o dispositivo da invenção foi testado comparando os dados de força medidos por a colher de pedreiro das Figuras 1-5 com os dados obtidos com um teste de concreto reológico convencional:

Exemplos

[48] Nos seguintes exemplos, as misturas PCE 1, PCE 3, PCE 4 e PCE 6 são copolímeros feitos a partir de viniloxibutil polietilenoglicol etoxilato e ácido acrílico, enquanto PCE 2 e PCE 5 são policondensados feitos a partir de fenoxietanol polietilenoglicol etoxilado, formaldeído e fenoxietanol fosfato.

Exemplo 1:

[49] Um primeiro tipo de concreto foi obtido a partir de uma mistura de 330 kg/m3 de cimento Portland (CEM I 45,5 R, Schwenk, Alemanha), 180 kg/m3 de cinzas de combustível pulverizado (PFA) com uma mistura agregada de 627 kg/m3 de areia de 0-2 mm, 336 kg/m3 de cascalho de 2-8 mm e 672 kg/m3 de 8-16mm. 150 l/m3 de água foram adicionados para escoar uma razão de água/cimento de 0,47. O superplastificante de policarboxilato éter (PCE) obtido a partir da BASF, Alemanha, foi adicionado em três concentrações diferentes, a fim de se obter a mesma fluidez (fluxo de abatimento medido de acordo com EN 12350-8): PCE 1: 0,29% em peso de aglutinante (isto é, cimento + PFA) PCE 2: 0,33% em peso de aglutinante (isto é, cimento + PFA) PCE 3: 0,65% em peso de aglutinante (isto é, cimento + PFA)

[50] As propriedades reológicas de concreto foram testadas com o dispositivo da invenção. Três diferentes operadores moveram a colher de pedreiro através de uma bacia preenchida com concreto para uma distância de 30 cm e a força média de cada medição foi determinada. Para cada concentração de PCE, cada operador realizou três medições separadas e estes resultados foram medidos novamente. Para comparação, as propriedades reológicas de concreto também foram testadas com um teste V-funnel clássico de acordo com o padrão EN 12350-9.

[51] A Figura 6 mostra os dados de correlação obtidos a partir destas medições com o tempo de fluxo do teste V-funnel mostrado em segundos sobre o eixo geométrico x e os dados de força média obtidos com o dispositivo da invenção (denominado “Colher de pedreiro inteligente”) em unidades arbitrárias no eixo geométrico y. Como pode ser tomado a partir daí, os dados de V-funnel correlacionam-se fortemente com os dados de força obtidos com o dispositivo da invenção.

[52] Um segundo tipo de concreto foi obtido a partir de uma mistura de 400 kg/m3 de cimento Portland (CEM I 42,5 R, Schwenk, Alemanha), 50 kg/m3 de pó de calcário com uma mistura agregada de 202,75 kg/m3 de areia de quartzo de 0-0,5 mm, 16,19 kg/m3 de areia de quartzo de 01 mm, 790,3 kg/m3 de areia de 0-4 mm, 267,26 kg/m3 de cascalho de 4-8 mm e 486,94 kg/m3 de cascalho de 8-16 mm. 168 l/m3 de água foram adicionados para escoar uma razão de água/cimento de 0,42. O superplastificante policarboxilato éter (PCE) obtido a partir da BASF, Alemanha, foi adicionado em duas diferentes concentrações: PCE 4: 0,15% em peso de cimento PCE 5: 0,32% em peso de cimento

[53] Testes similares como descritos para o primeiro tipo de concreto foram realizados e os resultados são mostrados na Figura 7. Novamente, os resultados obtidos com a colher de pedreiro da invenção e os resultados do V-funnel se correlacionam.

Exemplo 2:

[54] As propriedades reológicas de quatro concretos diferentes foram medidas usando o dispositivo da presente invenção e um reômetro rotacional portátil (ICAR 3000 distribuído por Germann Instruments, Copenhagen, Dinamarca), respectivamente. Tanto a razão de água/cimento (w/c) quanto o tipo superplastificante foram modificados. Agregados de silício-calcário moídos misturados (areia e grossura) foram usados juntos com cimento unido com calcário rápido. As composições dos quatro concretos e os resultados de um teste de abatimento de acordo com EN 12350-2 são resumidos na Tabela 1 Tabela 1

[55] Como pode ser tomado a partir da Tabela 1, os concretos diferentes exibem consistência similar o que diz respeito ao teste de abatimento.

[56] A seguir, três diferentes operadores trabalharam o concreto de acordo com o seguinte procedimento: Etapa l: Cada operador moveu o concreto com a tradicional da colher de pedreiro classificando os quatro concretos de acordo com a sua sensação sobre a energia usada para trabalhar os mesmos. Etapa 2: Cada operador mediu três vezes cada concreto com o dispositivo da invenção (Colher de pedreiro Inteligente). Etapa 3: Medição de propriedades reológicas (estresse de escoamento e viscosidade plástica) por um reômetro ICAR 3000.

[57] Os resultados das Etapas 1, 2 e 3 são resumidos nas Tabelas 2, 3 e 4, respectivamente: Tabela 2

[58] Como pode ser tomado a partir da Tabela 2, o Concreto 2 é experimentado como sendo o mais leve a ser trabalhado, enquanto o Concreto 3 é o mais pesado a ser trabalhado. Tabela 3

[59] Os resultados obtidos com o dispositivo da presente invenção (colher de pedreiro inteligente) correspondem à classificação subjetiva da avaliação prévia de acordo com a Tabela 2. Tabela 4

[60] Como pode ser tomado a partir da Tabela 4, os valores de estresse de escoamento são quase idênticos, correspondendo às propriedades de consistência similar (abatimento), conforme indicado na Tabela 1.

[61] Também, usando o reômetro ICAR, o Concreto 4 é determinado sendo mais viscoso do que o Concreto 3. Assim, a medição da viscosidade plástica com ICAR não é completamente em linha com a experiência subjetiva do trabalhador no local de trabalho.

[62] Este exemplo mostra claramente que o dispositivo da presente invenção é mais adequado para medições que se correlacionam com a experiência subjetiva (sensação) de trabalhadores no local de trabalho do que as medições conduzidas com um reômetro rotacional portátil.

[63] Sinais de referência: 10 Colher de pedreiro 11 Barra de manipulação 12 Pá 13 Extremidade dianteira da barra de manipulação 14 Cabeça de sensor 15 Eixo amovível 16 Extremidade traseira da barra de manipulação 17 Módulo eletrônico 18 Visor 19 Leitura digital 20 Primeiro LED indicador 21 Segundo LED indicador 22 Lâmina de flexão 23 Borda fixada de lâmina de flexão 24 Corpo 25 Borda flutuante de lâmina de flexão 26 Sensor de flexão 27 Cobertura 28 Abertura 29 Lateral inferior de cobertura 30 Rebaixo 31 Linha de curvatura exemplar 32 Setas que indicam o movimento de dobra 33 Seta que indica movimento deslizante 34 Ponto fixo 35 Curva de força 36 Área sob a curva 35

Claims (14)

1. Colher de pedreiro portátil de mão (10) para determinar propriedades reológicas de concreto, caracterizada pelo fato de que compreende um manípulo (11) para operar manualmente a colher de pedreiro, o dito manípulo tendo uma extremidade dianteira (13) e uma extremidade traseira (16), uma pá (12) fixada não rotativa afixada à extremidade frontal (13) do dito manípulo (11), meios sensores (14) para determinar uma força que atua sobre a dita pá (12), um módulo eletrônico (17) para avaliar os dados coletados pelos ditos meios sensores (14), e uma fonte de energia elétrica para suprir energia elétrica para os ditos meios sensores e o dito módulo eletrônico.

2. Colher de pedreiro de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita pá (12) é afixada de forma removível à extremidade frontal (13) do dito manípulo (11).

3. Colher de pedreiro de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos duas pás permutáveis.

4. Colher de pedreiro de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que os ditos meios sensores compreendem um medidor manométrico de tensão.

5. Colher de pedreiro de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que os ditos meios sensores (14) compreendem uma cabeça de sensor arranjada na dita extremidade dianteira (13) do dito manípulo (11).

6. Colher de pedreiro de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a dita cabeça de sensor (14) compreende uma lâmina de flexão (22) na qual a dita pá (12) é rigidamente fixada através de um eixo (15).

7. Colher de pedreiro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o dito módulo eletrônico (17) compreende um visor (18).

8. Colher de pedreiro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que os ditos meios sensores (14) ou o dito módulo eletrônico (17) compreende um acelerômetro.

9. Colher de pedreiro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a dita fonte de energia elétrica compreende uma bateria recarregável ou não recarregável.

10. Método para determinar propriedades reológicas de concreto usando uma colher de pedreiro portátil de mão como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de - imergir completamente a dita pá (12) da dita colher de pedreiro no concreto; - mover manualmente a dita pá (12) ao longo de um trajeto linear através do concreto por uma distância predeterminada selecionada entre 10 e 60 cm; - medir uma força que atua sobre a dita pá (12) durante o seu movimento através do concreto e coletar os ditos dados de força; - avaliar os dados de força medida e exibir os resultados avaliados.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os ditos dados de força são coletados em intervalos regulares.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os ditos dados de força são automaticamente coletados quando a força medida excede um limite predeterminado.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que a distância predeterminada é selecionada em 30 cm.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pelo fato de que os ditos resultados avaliados compreendem a força máxima medida ao longo do trajeto da dita pá (12) e/ou uma integral sobre os ditos dados de força obtidos durante o movimento da dita pá.

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