ANÁLISE ESTRUTURAL DE MISTURAS ASFÁLTICAS DE ALTO DESEMPENHO UTILIZANDO TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA

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1 00 International Nuclear Atlantic Conference - INAC 00 Santos, SP, Brazil, August 8 to September, 00 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA NUCLEAR - ABEN ISBN: ANÁLISE ESTRUTURAL DE MISTURAS ASFÁLTICAS DE ALTO DESEMPENHO UTILIZANDO TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA Edson da Rocha Cardoso 1, Delson Braz 1, Ricardo Tadeu Lopes 1, Regina Cely Rodrigues Barroso Silva and Laura Maria Goretti da Motta 1 Laboratório de Instrumentação Nuclear (COPPE/UFRJ) Universidade Federal do Rio de Janeiro Av. Brigadeiro Trompovisk, s/n o Caixa Postal 6809, , Rio de Janeiro ecardoso@lin.ufrj.br Departamento de Física Aplicada (IF/UERJ) Universidade do Estado do Rio de Janeiro Av. São Francisco Xavier, n o, , Rio de Janeiro cely@uerj.br Laboratório de Geotecnia (COPPE/UFRJ) Universidade Federal do Rio de Janeiro Av. Brigadeiro Trompovisk, s/n o Caixa Postal 6806, , Rio de Janeiro laura@geotec.coppe.ufrj.br RESUMO A tomografia computadorizada se apresenta como um método não destrutivo de análise de materiais e vem demonstrando ser um excelente aliado no estudo de misturas asfálticas, contribuindo para a melhoria da qualidade dos materiais que compõem os pavimentos. A mistura asfáltica tipo SMA foi confeccionada conforme os conceitos da dosagem Marshal. A faixa granulométrica utilizada foi a SMA 0/11S Alemã, estipulando o teor de ligante em 6,% e o teor de fibra em 0,%, variando-se o fíler pó calcáreo + 1,% de cal hidratada (ICAL Hidratada Especial CH-I) com cimento Portland (Cimento TUPI CPII E ) e o CAP 0/60 com o CAPFLEX (6,% SBS). Os maiores índices de vazios se localizaram nas alturas centrais, sendo mais evidente na composição da mistura com o uso do CAP 0/60 e pó calcáreo + 1,% de cal. Os índices de vazios apresentaram desvio médio de 7,0% em relação ao método do DNER, enquanto em relação ao método RICE o desvio médio ficou em torno de +7,9%. 1. INTRODUÇÃO A tomografia computadorizada é um excelente método não destrutivo de análise de materiais e possui uma ampla aplicabilidade. Foi utilizada com êxito na análise de misturas asfálticas [1-] bem como em outras aplicações como na análise de solos [-6], inspeção de motores foguetes sólidos [7], na análise do perfil de invasão por sólidos componentes de fluido de perfuração em arenitos consolidados [8] entre outras. O Stone Mastic Asphalt (SMA) é uma mistura flexível, estável, resistente a afundamentos de trilha de roda, que tem no contato grão/grão o responsável por sua resistência e no mastic a durabilidade da mistura [9]. A descontinuidade da curva granulométrica é a principal

2 diferença entra a mistura asfáltica SMA e o CBUQ, e proporciona ao SMA maior volume de vazios no agregado mineral. Neste trabalho foram utilizados corpos-de-prova da mistura asfáltica do tipo SMA confeccionados seguindo conceitos da dosagem Marshal utilizando-se a faixa granulométrica SMA 0/11S Alemã.. MATERIAIS E MÉTODOS.1. Tomografia Computadorizada O tomógrafo utilizado é de primeira geração com o sistema fonte-detector fixo e movimentos de translação e rotação das amostras. A fonte radioativa foi o Cs 17 emitindo fótons monoenergéticos de 66keV. Colimadores de chumbo de 1mm de largura por 10mm de altura foram alinhados entre a fonte e detector (Cintilador de NaI de x ). O sistema de aquisição de dados bem como os movimentos de rotação e translação foram controlados por um micro computador. A imagem obtida é uma matriz de pontos, onde cada elemento é relacionado diretamente ao coeficiente de atenuação linear do material do corpo-de-prova... Misturas Asfálticas SMA A faixa granulométrica utilizada foi a SMA 0/11S Alemã, estipulando o teor de ligante em 6,% e o teor de fibra em 0,%. A mistura asfáltica tipo SMA foi confeccionada seguindo alguns conceitos da dosagem Marshal. Os corpos-de-prova foram compactados com 0 golpes por face usando o compactador Marshal. Na mistura asfáltica utilizou-se o fíler pó calcáreo + 1,% de cal hidratada (ICAL Cal Hidratada especial CH-I) ou o fíler cimento Portland (Cimento TUPI CP II e ), e os ligantes CAP 0/60 ou CAPFLEX (6,% SBS). O traço médio da faixa granulométrica SMA 0/11S Alemã, foi conseguido através da separação por peneiramento das frações especificadas. Foram tomografados 1 corpos-deprova, os quais foram divididos em quatro grupos, cada grupo contendo corpos-de-prova distribuídos conforme a tabela 1. Tabela 1. Composição das misturas tipo SMA utilizadas [10] CAP Fíler 1 A CAP 0/60 Pó Calcáreo + 1,% Cal 1 B CAPFLEX (6,% SBS) Pó Calcáreo + 1,% Cal A CAP 0/60 Cimento Portland B CAPFLEX (6,% SBS) Cimento Portland

3 a) Brita b) Pó de pedra c) Cap Figura. Imagens tomográficas: A) brita (imagem ampliada), B) pó de pedra e C) CAP.. RESULTADOS.1. Tomografia dos Componentes Foram realizadas tomografias da brita, do CAP e do fíler (pó de pedra) que são componentes das misturas asfálticas, onde foram obtidos os seus µ médios... Tomografia dos Corpos-de-prova Foram realizadas tomografias em quatro alturas diferentes para cada corpo-de-prova. Por ser o feixe do tomógrafo de 10mm de altura por 1mm de largura, cada elemento da matriz correspondente ao coeficiente de atenuação médio de um elemento de volume de 10mm de altura por 1mm de largura do corpo-de-prova. A matriz matemática pode ser convertida em imagem, como por exemplo, a imagem perada pela tomografia do corpo-de-prova 970 nas quatro alturas (figura) Todas as tomografias foram realizadas com o corpo-de-prova na mesma posição, variando-se somente altura. (a) (b) (c) (d) Figura. Imagens tomográficas do corpo de prova 970 em diferentes alturas... Índice de Vazios As figuras a 7 apresentam os índices de vazios obtidos nas quatro diferentes alturas dos corpos-de-prova tomografados, separando-os em grupos conforme a tabela 1.

4 , CAP 0/60 6,% de Ligante Pó calcáreo + 1,% de cal SMA Mistura 1A ,, Figura. Índice de vazios dos corpos-de-prova da mistura 1A, CAPFLEX (6,%SBS) 6,% de Ligante Pó calcáreo + 1,% cal SMA Mistura 1B ,, Figura. Índice de vazios dos corpos-de-prova da mistura 1B, CAP 0/60 6,% de Ligante Cimento Portland SMA Mistura A ,, Figura 6. Índice de vazios dos corpos-de-prova da mistura A

5 , CAPFLEX (6,%SBS) 6,% de Ligante Cimento Portland SMA Mistura B ,, Figura 7. Índice de vazios dos corpos-de-prova da mistura B Os maiores índices de vazios tenderam a se localizar nas alturas centrais, sendo mais evidente na composição da mistura CAP 0/60 e Pó-calcáreo + 1,% de cal e não acontecendo na mistura CAPFLEX (6,% SBS) e Cimento Portland. Os índices de vazios obtidos através da tomografia computadorizada apresentaram desvio médio de + 7,0% em relação ao método do DNER, enquanto em relação ao método RICE os índices de vazios apresentaram desvio médio de 7,9%. Foram varridos cm dos 6cmde altura dos corpos-de-prova, para pesquisa futura, pretende-se fazer a varredura em todos os 6cm... Distribuição de Agregados Da mesma forma, que para a análise da distribuição de vazios foi selecionada uma faixa de coeficientes de atenuação, para a análise da distribuição de vazios, pode-se também selecionar uma faixa de coeficientes de atenuação, para caracterizar a distribuição de pedras. Uma análise visual, da localização das pedras bem como dos vazios pode-se ser feita diretamente ao se observar a imagem tomográfica. A reconstrução em D permite selecionar um específico coeficiente de atenuação para reconstrução da imagem tomográfica... Reconstrução em D A faixa de tons (0 a 6) relaciona-se com os coeficientes de atenuação do corpo-de-prova. Podemos selecionar uma faixa de coeficientes de atenuação e reconstruirmos a imagem utilizando-a exclusivamente, isto permite, por exemplo, visualizar a faixa de vazios ou de distribuição de britas. A figura 7 apresenta um exemplo.

6 Figura 7. Imagem em dimensões de um corpo de prova selecionando-se as densidades de 0,008 a 0,018 cm -1. CONCLUSÕES Os maiores percentuais de vazios tenderam a se localizarem nas alturas intermediárias dos corpos-de-prova. Este resultado confirma-se pelo fato dos golpes na confecção dos corposde-prova serem aplicados nas duas extremidades. Estudos de fadiga por compressão diametral demonstram que a trinca surge no centro propagando-se para as extremidades do corpo-de-prova [1]. Podemos então relacionar este fato com a localização central dos maiores índices de vazios que caracterizam uma região de maior possibilidade do aparecimento de trincas. Os índices de vazios apresentaram desvio médio de +7,% em relação ao método do DNER, enquanto em relação ao método RICE os índices de vazios obtidos através da tomografia apresentaram desvio médio de +7,9%. BIBLIOGRAFIA 1. D. BRAZ, R. T. Lopes, L. M. G. da Motta, Research on fatigue cracking growth parameters in asphaltic mixtures using computed tomography, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B Article in Press (00).. D. BRAZ, R. T. Lopes, L. M.G. da Motta, Computed tomography: evaluation of stability tests and indirect tensile strength of field asphaltic mixtures, NDT&E International,, pp.17- (000).. D. BRAZ, R. T. Lopes, L. M.G. da Motta, Analisys of the voids of test field specimen using computerized tomography, Nuclear Instruments Methods in Physics Research, A, pp.9-98 (1999).. L. F. Pires, O. S. Bacchi, K. Reichardt, Gama-ray-computed to evaluate wetting/dryng soil structure changes. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, B 9, -6 (00).

7 . L. F. Pires, O. S. Bacchi, K. Reichardt, Gama-ray-computed to investigate compaction on sewte-slude-trated soil. Applied Radiation and Isotopes, 9, 17- (00). 6. R. C. B. Silva, Aplicação da Tomografia Computadorizada na Compactação de Solo, Tese MSc, COPPE/UFRJ, (1990). 7. E.R. de Andrade, Utilização da Tomografia Computadorizada por Transmissão de Raios X para Inspeção de Motores Foguetes Sólidos. Tese MSc, Rio de Janeiro, Brasil, COPPE/UFRJ (1990). 8. J. L. B Ribeiro, Análise do Perfil de Invasão por Sólidos Componentes do Fluido de Perfuração em Arenitos Consolidados por Tomografia Computadorizada (TC) e Fluorescência de Raios X (EDxRF). Tese MSc, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, Brasil (00). 9. NAPA (Nacional Asphalt Pavemente Association), Designing and Construction SMA Mixtures State of Pratice, Quality Improvements, EUA (00). 10. F. A. L. Mourão, Misturas Asfálticas de Alto Desempenho Tipo SMA. Tese MSc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, Brasil (00).