Microtomografia computadorizada 3D

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Investigação 3D da distribuição de fibras de aço em
concreto reforçado por microtomografia de raios X
Os autores
Alessandra de Castro Machado
 Marco Antônio Silva
 Romildo Dias Toledo Filho
 Michele S. Pfeil
 Inaya Lima
 Ricardo Tadeu Lopes
O objetivo principal
		
		Caracterizar uma amostra de concreto armado quantificando sua porosidade, bem como o volume total de fibras inseridas neste. 
Técnica
	Microtomografia computadorizada de raios X
Microtomografia: 
1) Exame médico que consiste em um processo radiográfico que fotografa diversos aspectos e ângulos de um determinado órgão ou parte do corpo.
2) Técnica que consiste em tratar por computador a informação fornecida pelos raios X.
Figura 1: Princípio de funcionamento e componentes básicos do microCT, em 2D e em 3D
Utilização e Aplicação da técnica
		
Utilizada na caracterização de estruturas internas de diversos materiais.		
		
Aplicada em diversas áreas
Vantagens
Análise morfológica e topológica.
Obtenção de informações das estruturas internas do objeto sem a necessidade do mesmo ser submetido a métodos de preparação tais como o desbaste ou o polimento.
Concreto Simples X Concreto Armado
Parâmetros importantes para a avaliação da durabilidade do concreto
Permeabilidade
Figura 3: Concreto permeável
Porosidade
		
		Obs: São considerados concretos de excelente qualidade aqueles que possuem porosidade em torno de 1%.
As fibras
Sem fibras
Com fibras
Figura 4: Características do concreto com e sem fibras de aço
Figura 5: Esquema de concentração de tensões para um concreto sem reforço de fibras.
Figura 6: Esquema de concentração de tensões para um concreto com o reforço de fibras.
Materiais e programa experimental
		A amostra utilizada neste trabalho foi um plugue cilíndrico de concreto reforçado com fibras de aço, de dimensões iguais a 38,3 +/- 0,25 mm de altura e 37,5 +- 0,25 mm de diâmetro. 
Figura 7: Fotografia da amostra de concreto analisada
Misturador de eixo vertical planetário 
 	O ensaio de microCT foi realizado em um sistema de alta energia. O sistema foi calibrado para operar com 80 kV de tensão e corrente de 100 μA.
Figura 8: Imagem ilustrativa mostrando como é feito um ensaio de MicroCT
	Quanto maior o kV, maior a energia do feixe e a sua penetração no material, sendo menor a diferença entre a intensidade de fótons provenientes das várias densidades do material inspecionado, produzindo uma menor variação na atenuação da radiação. 
Figura 9: Exemplo de feixe de fótons 
O sistema de microCT utilizado possui um filtro de alumínio interno com 1,0 +- 0,05 mm de espessura na saída do tudo de raios X. 
 O tamanho de pixel utilizado foi de 24 μm, o que equivale a uma resolução espacial igual a 50 μm.
Com essa configuração, as distâncias fonte-amostra e amostra-detector foram de 177,4 mm e 186,6 mm, respectivamente.
Detector flat panel
		Detector digital de geometria plana com tamanho de pixel isotrópico de 50 μm, ou seja, 50 x 50 μm, operando com uma máxima matriz de pixels de 2240 x 2240, foi utilizado para registrar a transmissão do feixe cônico de raios X. 
	Após o processo de aquisição, as projeções foram reconstruídas utilizando o programa Nrecon SkyScan – versão 1.6.4.1 [16] e InstaRecon – versão 1.3.5.0 [17] cujo algoritmo é baseado nos trabalhos de Feldkamp [18].
Figura 10: Projeções utilizando o Nrecon e InstaRecon
		
		Dentre as opções oferecidas, podem ser feitas as seguintes correções:
I) Artefatos em Anel;
II) Endurecimento de feixe;
III) Atenuação de Ruído
	Nesta etapa, os resultados obtidos são fatias reconstruídas.
	Concluídas as etapas de aquisição e reconstrução, faz-se necessário analisar as imagens obtidas. Para o processamento e análise de imagem, o programa de SkyScan, CTAN foi utilizado. 
Figura 12: Imagem ilustrativa de como é feito a analise da imagem após o processamento
	Desta forma foi contabilizada a quantidade de pixels/voxels brancos e pretos pertencentes ao volume de interesse delimitado e por conseguinte a porosidade total da amostra de concreto a densidade linear das fibras de aço (ρ, mm¹), a separação das fibras (Δ, mm). 
Figura 13: Análise dos poros na amostra 
Resultados e discussões 
Conclusão 
	A microtomografia computadorizada 3D de alta resolução mostrou- se uma técnica adequada para a caracterização de amostras de concreto reforçado com fibras de aço.
		Os parâmetros utilizados em cada uma das etapas, como por exemplo, tensão, corrente, filtros físicos e matemáticos e limiares de segmentação, foram testados até que um valor final ótimo fosse encontrado.
Obrigado!
Alexsander Luiz			Tais Oliveira
Nayane Alvarenga		Renata Almeida