2005 International Nuclear Atlantic Conference - INAC 2005 Santos, SP, Brazil, August 28 to September 2, 2005 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA NUCLEAR - ABEN ISBN: 85-99141-01-5 APLICAÇÃO DA TRANSMISSÃO DE RAIOS GAMA NO ESTUDO DE TELHAS ONDULADAS DE DIFERENTES IDADES Leonardo C. Marques 1 (PIBIC-UEL), David da Silva Simeão 2 (PET/Fís-UEL), Ricardo Mendes de Oliveira 3, Wilson Roberto Dejato da Rocha 4, Elizabeth Cristina Soares da Costa, Otávio Portezan Filho 5, Melayne Martins Coimbra 6 (Orientadora) Departamento de Física Laboratório de Física Nuclear Aplicada Universidade Estadual de Londrina Rodovia Celso Garcia Cid PR 445 km 380 Cx. Postal 6001 Cep 86051-990, Londrina, PR 1 leocarma@yahoo.com.br 2 dvdsimeao@yahoo.com.br 3 esquemadorico@yahoo.com.br 4 wilsondejato@yahoo.com.br 5 otavio@uel.br 6 melayne@onda.com.br RESUMO Na construção civil, um material bastante utilizado é a telha ondulada de fibrocimento a qual tem boa resistência à deformação. Avaliou-se a homogeneidade de telhas de fibrocimento, através da técnica de atenuação de raios gama, a fim de verificar a possível existência de fissuras e/ou defeitos no material, devido ao envelhecimento e as intempéries. A primeira telha utilizada foi produzida em 2002, a segunda em 1991 e a terceira em 1978. Suas dimensões eram: 130x50x0,4cm. Para poder manipular as telhas com facilidade, estas foram divididas em amostras de: 12x8x0,4cm. Para cada amostra foi medido o coeficiente de atenuação linear para uma linha horizontal, totalizando 14 pontos espaçados de 0,5 cm. Foi utilizado um detector de cintilação de NaI(Tl) de 2 x2, com uma tensão de +1150V, colimadores circulares de 2mm (para fonte) e de 5mm (para o detector) e uma fonte radioativa de 241 Am (59,6 kev, 100mCi). Com o valor medido do coeficiente de atenuação linear em função da posição na amostra, foram construídas curvas do coeficiente de atenuação versus posição, as quais representam o perfil de homogeneidade da amostra. Serão apresentados os gráficos do coeficiente de atenuação linear versus posição nas telhas medidas bem como uma análise estatística dos resultados. 1. INTRODUÇÃO As telhas de fibrocimento que são produzidas com diferentes espessuras e áreas são facilmente encontradas em coberturas de edifícios e residências de todas as classes sociais da população brasileira. Este produto é apresentado ao mercado consumidor como tendo qualidades de resistência ao fogo, ao ataque químico e biológico, leveza, durabilidade e preço acessível. Após alguns anos sob sol e chuva sofrendo as variações de temperatura estas telhas são substituídas, às vezes, sem necessidade. Por ser um produto muito utilizado, neste trabalho foi analisado o perfil de homogeneidade de três telhas de fibrocimento de diferentes idades. Esta homogeneidade, de certa forma, pode servir para avaliar a qualidade da telha de maneira individual, assim como em comparação entre elas que apresentam uma diferença de até 24 anos das suas datas de fabricação. A gamagrafia é muito utilizada neste tipo de avaliação, pois se trata de uma técnica não destrutiva que fornece o coeficiente de atenuação
linear da amostra para cada medida, o qual, para um mesmo valor de energia, mostra-se proporcional à densidade do material. 2. METODOLOGIA Para avaliar a homogeneidade do material foi utilizada a transmissão de raios gama. Esta técnica consiste em comparar a intensidade de um feixe de radiação inicial I 0, antes de sofrer atenuação pela amostra, com a intensidade I de um feixe resultante da atenuação na amostra. A relação entre estas grandezas, para um feixe de radiação monoenergético, é conhecida como Lei de Lambert-Beer [1,2]: I I e µ * ρx = 0 (1) onde µ * é o coeficiente de atenuação de massa (cm 2.g -1 ) e ρ é a densidade do material (g.cm -3 ) e x é a espessura da amostra (cm). A expressão final utilizada para a medida do coeficiente de atenuação linear da telha, µ, é: 1 I 0 µ ln θ µ 0 x I = (2) onde θ 0 é a umidade volumétrica inicial da amostra (cm 3.cm -3 ) e µ w é o coeficiente de atenuação linear da água (cm -1 ). As telhas foram produzidas nos anos de 1978, 1991 e 2002, sendo que esta última nunca foi utilizada em obras. Todas tinham as mesmas dimensões: 130 x 50 x 0,4cm. De forma a manipular as telhas com facilidade, elas foram divididas em amostras com as seguintes dimensões: 12 x 8 x 0,4cm, isto está exemplificado na figura 1 onde foram analisadas as amostras de cada linha. w
Figura 1. Esquema do mapeamento da telha de fibrocimento do ano de 1991. A figura está fora de escala. Foi utilizado um detector de cintilação de NaI(Tl) de 2 x 2, com tensão de trabalho de +1150V, colimadores circulares de 2mm (para a fonte) e de 5mm (para o detector), fonte radioativa de 241 Am (59,6keV, 100mCi) e um analisador multicanal 7100 da EGεG Ortec, além da eletrônica básica necessária para o aparato experimental. A mesa de medidas utilizada no experimento é mostrada na figura 2: Figura 2. Esquema da mesa de medidas.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES A homogeneidade foi estudada ao longo do comprimento da telha. Nesta avaliação foi utilizado um intervalo de confiança pré-fixado, onde os valores de coeficiente de atenuação linear localizados dentro deste intervalo foram considerados pertencentes à região homogênea e os localizados fora, pertencentes à região heterogênea. O critério para elaboração dessa faixa de controle é descrito a seguir: O critério de Chauvenet [3], utilizado para descarte de pontos experimentais, foi aplicado aos valores do coeficiente de atenuação linear. Com os valores restantes, ou seja, que não foram descartados, encontramos o valor do coeficiente de atenuação linear médio ( µ ) homogêneo, para cada linha, sendo esse valor associado à parte homogênea da telha. Foi também calculado o desvio padrão da média destes valores. Os limites, superior e inferior, foram determinados a partir da estatística Gaussiana, verificados após as análises dos histogramas de cada linha. Os gráficos construídos utilizando estes critérios são mostrados, logo abaixo, nas figuras de 3, 4 e 5: Coeficiente de Atenuação Linear (cm -1 ) 0,80 0,72 0,64 0,56 0,48 0,40 0 20 40 60 80 100 120 140 Posição ao Longo da Telha (cm) Figura 3. Coeficientes de atenuação linear ao longo da linha 1 da telha de 2002 obtidos com as medidas de cada amostra desta linha. Coeficiente de Atenuação Linear (cm -1 ) 0,80 0,72 0,64 0,56 0,48 0,40 0 20 40 60 80 100 120 140 Posição ao Longo da Telha (cm) Figura 4. Coeficientes de atenuação linear ao longo da linha 1 da telha de 1991 obtidos com as medidas de cada amostra desta linha.
-1 ) Coeficiente de Atenuação Linear (cm 0,80 0,72 0,64 0,56 0,48 0,40 0 20 40 60 80 100 120 140 Posição ao Longo da Telha (cm) Figura 5. Coeficientes de atenuação linear ao longo da linha 1 da telha de 1978 obtidos com as medidas de cada amostra desta linha. Observando os gráficos das figuras anteriores nota-se que a grande maioria dos pontos ficaram dentro do intervalo de confiança que delimitava a região homogênea. Porém, houve casos em que os coeficientes de atenuação linear ficaram acima desta região, como na figura 5 e, casos nos quais eles ficaram abaixo desta região, como na figura 3. Os resultados obtidos da linha 1 para a telha do ano de 1991, mostrados na figura 4, indicaram uma menor heterogeneidade ao longo desta linha, conforme também pode ser visualizado através da distribuição gaussiana apresentada por seu histograma. Comparando os resultados obtidos para as telhas dos anos de 2002 e 1978, figuras 3 e 5, respectivamente, verifica-se uma variação de aproximadamente 22 % nos valores médios dos coeficientes de atenuação linear. Em relação às telhas dos anos de 2002 e 1991, figuras 3 e 4, respectivamente, obteve-se 17%. Para as telhas antigas estudadas (1978 e 1991) esta variação foi de 5%. Isto indica que as telhas antigas, em princípio, apresentam uma maior resistência se comparadas à telha nova, conforme os resultados apresentados. Este comportamento também ocorre para as demais linhas das telhas analisadas. 4. CONCLUSÕES Como esperado para o resultado de cada telha, a densidade ao longo de uma linha não é a mesma, sofrendo variações, o que pode ser visualizado nos gráficos das figuras de 3,4 e 5 para a linha 1. É possível que pequenas variações de densidade podem não ter sido quantificadas, uma vez que tais variações se confundem com flutuações estatísticas. Pontos onde o coeficiente de atenuação linear apresenta valores acima da faixa de controle de homogeneidade podem demonstrar acumulo de material ou até mesmo algum corpo com densidade maior que a dos componentes da telha (como na figura 3 e 5). Por outro lado, pontos onde os coeficientes de atenuação linear apresentam valores abaixo da faixa de controle podem indicar locais onde há certa dispersão dos materiais que constituem a telha ou até mesmo possíveis fissuras (como na figura 3).
A explicação para a heterogeneidade pode estar relacionada com o processo de fabricação da telha, visto que, provavelmente, o controle da distribuição dos componentes que a formam não é feito de maneira muito cuidadosa. Também pode-se relacionar a falta de homogeneidade com possíveis danos sofridos durante o transporte ou armazenamento, dependendo da qualidade da telha. Os resultados indicam que as telhas velhas apresentam uma melhor resistência quando comparadas à telha nova, esta produzida por outra empresa. AGRADECIMENTOS Este trabalho foi realizado no Laboratório de Física Nuclear Aplicada da Universidade Estadual de Londrina, Londrina, Paraná. Agradecimentos especiais ao CNPq e à Capes que financiaram as bolsas de estudo aos alunos de graduação que participaram do projeto. REFERÊNCIAS 1. Appoloni, C.R., Estudo de cerâmicas arqueológicas do Paraná por técnicas nucleares não destrutivas. Ver. Do Museu de Arqueologia e Etnologia de São Paulo, Suplemento 2 pp.135-149 (1997). 2. Silva L. M., Medida da evolução temporal e espacial da umidade em amostras de concreto por transmissão de raios gama, Monografia do Trabalho de Conclusão do Curso de Física (TCC), (2000). 3. Vuolo, J. H., Fundamentos da teoria dos erros, editora Edgard Blücher LTDA, 2ª edição revista e ampliada, pp.23-46 (1996).