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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E
ENGENHARIA DE MATERIAIS
TESE DE DOUTORADO
Desenvolvimento de bloco de vedação com barita na
composição de partida para blindagem de radiação X
Priscylla Cinthya Alves Gondim
Orientador:
Prof. Dr. Uílame Umbelino Gomes
Tese n.º 75 /PPGCEM
Novembro de 2009
Natal – RN
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Priscylla Cinthya Alves Gondim
DESENVOLVIMENTO DE BLOCO DE VEDAÇÃO COM BARITA NA
COMPOSIÇÃO DE PARTIDA PARA BLINDAGEM DE RADIAÇÃO X
Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação do
Centro de Ciências Exatas e da Terra, da Universidade
Federal do Rio Grande do Norte, como parte dos
requisitos necessários para a obtenção do título de
Doutora em Ciência e Engenharia de Materiais.
Área de concentração: Processamento de materiais a
partir do pó.
Orientador: Prof. Dr. Uilame Umbelino Gomes
Natal
2009
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A minha mãe Salete Gondim, pela lição de vida, apoio
constante em todos os momentos e amor incondicional.
AGRADECIMENTOS
Ao Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais, pela formação e
oportunidade de elaboração desta tese.
Ao meu orientador, Prof. Uilame Umbelino, pela oportunidade, estímulo, ensinamentos,
contribuições para a realização deste trabalho.
A Profª. Raquel Franco de Souza Lima, pelo acompanhamento, atenção e apoio.
Ao Prof. Wilson Acchar, pela confiança ao permitir a realização de análises no laboratório
LaPFiMC.
Ao Prof. Paulo Costa, pelo apoio, contribuições, ensinamentos, orientações, valiosos
conhecimentos e incentivo compartilhados mesmo a distância, e valioso auxílio fundamental
de medição.
A Profª. Denise Yanikian Nersissian, pela presença e contribuições valorosas nesta tese.
Ao Instituto de Eletrotécnica e Energia, pela parceria e colaboração.
A Profª. Jaquelígia Brito, pela amizade e auxílio em etapas fundamentais deste trabalho.
A Profª. Ariadne Souza, pela amizade, apoio prestado e encorajamento nos momentos
difíceis.
Ao Prof. Élcio Correia, pelo incentivo, presença e sugestões neste trabalho.
Ao Prof. Flamarion, pela ajuda dos resultados da matéria-prima argila.
Ao companheiro Bruno Falcão, pelo amor, paciência, incentivo nos momentos difíceis ao
longo destes anos.
Aos colegas do LMCME e LaPFiMC, pela presença marcante em várias etapas deste trabalho.
Ao Prof. Laécio Cunha de Souza, pela ajuda na realização da descrição mineralógica.
Ao Sr. Vicente Filho e seus funcionários, pelo fornecimento de material e pela fabricação dos
blocos cerâmicos em sua indústria cerâmica.
Ao professor Maurílio e Dorian da UnP, pelo apoio e empréstimo de materiais e
equipamentos para realização de ensaios.
Ao CNPq, pelo apoio financeiro por meio da concessão de bolsa de estudos.
Ao Chico garimpeiro, pelas horas de dedicação de procura da matéria-prima essencial deste
trabalho.
Aos funcionários da UFRN, com os quais tive a grata satisfação de conviver, especialmente, a
Lindalva e Francisco (Chico).
A minha família, em especial aos meus pais e irmãos, por estarem sempre presentes me
apoiando e incentivando em todas as minhas realizações.
Em especial a Deus, pela vida, saúde, perseverança e dedicação para a realização deste
trabalho.
A todos que, de alguma forma, colaboraram para a elaboração deste trabalho, o meu muito
obrigada!
Tire o chapéu para o passado, e
arregace as mangas para o futuro!
Tire de cada dificuldade que a vida lhe
trouxer a lição de que nada tem valor a
não ser o que é conquistado.
(Autor desconhecido)
RESUMO
Este trabalho tem por finalidade principal estudar a utilização de blocos cerâmicos baritados
em salas de radiação X, visando contribuir para a otimização da blindagem de salas de
diagnóstico. O trabalho foi baseado em medidas experimentais de atenuação da radiação X
(40 a 150 kV), empregando material cerâmico de vedação contendo a incorporação de sulfato
de bário (BaSO
4
). Diferentes formulações foram estudadas em três temperaturas de queima
diferentes e avaliadas as incorporações na massa cerâmica. A composição de 20% de barita
processada a temperatura de 950°C, apresentou melhores propriedades físicas e mecânicas,
sendo considerada a mais adequada para a proposta deste trabalho. Foram produzidos blocos
cerâmicos de vedação baseados na composição formulada que apresentou melhores
características tecnológicas. Estes blocos foram testados fisicamente como material
construtivo de parede e barreira protetora. Propriedades como características visuais, desvio
com relação ao esquadro, planeza das faces, absorção de água e resistência à compressão
foram avaliadas para todos os blocos produzidos. O comportamento deste material como
atenuador para a radiação X foi investigado por meio de resultados experimentais que levaram
em consideração fabricantes de argamassas baritadas através das diferentes tensões e
comparado com o material de referência (Pb). Os resultados obtidos nas simulações indicaram
que o bloco cerâmico baritado demonstra ótimas propriedades de atenuação em equivalência
ao chumbo levando-se em conta as energias usadas em raios X diagnóstico.
Palavras-chave: Barita. Bloco cerâmico. Radiação X. Blindagem.
ABSTRACT
This work main objective is to study the use of bricks in barium X-rays rooms in order to
contribute to the optimization of shielding rooms diagnosis. The work was based on
experimental measurements of X-ray attenuation (40 to 150 kV), using ceramic seal bearing
the incorporation of barium sulfate (BaSO
4
). Different formulations were studied in three
different firing temperatures and evaluated for incorporation in the ceramic body. The
composition of 20% of barite processed at a temperature of 950 ° C showed better physical
and mechanical properties, is considered the most suitable for the purpose of this work. Were
produced bricks sealing composition formulated based on that presented the best
technological features. These blocks were tested physically as a building material and wall
protective barrier. Properties such as visual, deviation from the square, face flatness, water
absorption and compressive strength were evaluated for all the blocks produced. The behavior
of this material as attenuator for X-rays was investigated by experimental results which take
into account mortar manufacturers barium through the different strains and compared with the
reference material (Pb). The simulation results indicated that the ceramic block barium shows
excellent properties of attenuation equivalence lead taking into account the energy used in
diagnostic X-ray.
Keywords: Barite. Ceramic block. X Ray. Shield.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Processo de fabricação de cerâmica vermelha ............................................... 29
Figura 2.2 - Tipos de blocos cerâmicos para vedação ........................................................ 31
Figura 2.3 - Estrutura dos principais argilominerais........................................................... 36
Figura 3.1 - Representação esquemática da interação da radiação com o meio .................. 42
Figura 3.2 - Representação esquemática do efeito fotoelétrico........................................... 44
Figura 3.3 - Representação esquemática do espalhamento coerente................................... 44
Figura 3.4 - Diagrama esquemático do efeito Compton..................................................... 45
Figura 3.5 - Esquema de funcionamento dos tubos de raios X. .......................................... 48
Figura 3.6 - Formação de raios-X de bremsstrahlung ........................................................ 50
Figura 3.7 - Ilustração dos raios X característicos.............................................................. 51
Figura 3.8 - Detalhes arquitetônicos de um ambiente para diagnóstico de raios X ............. 59
Figura 3.9 - Ilustração das radiações primária, espalhada, de fuga e transmitida em uma sala
de radiografia com um paciente posicionado verticalmente em frente ao bucky de tórax... 65
Figura 3.10 - Geometria utilizada nas equações derivadas para o cálculo das espessuras das
barreiras de proteção utilizada pelo NCRP 147/2004......................................................... 69
Figura 3.11 - Ilustração planta baixa sem escala de um labirinto ....................................... 71
Figura 4.1 - Mapa do estado do Rio Grande do Norte mostrando as localidades das matérias-
primas minerais selecionadas para o trabalho .................................................................... 81
Figura 4.2 - Esquema do procedimento experimental Parte I do trabalho........................... 82
Figura 4.3 - Petrografia mineral ........................................................................................ 86
Figura 4.4 - Seção transversal da montagem em uma fatia de rocha (escala vertical
exagerada) ........................................................................................................................ 87
Figura 4.5 - Esquema do procedimento experimental Parte II do trabalho ......................... 89
Figura 4.6 - Esquema do procedimento experimental Parte III do trabalho ........................ 94
Figura 4.7 - Pontos indicados para medições das características geométricas dos blocos
cerâmicos.......................................................................................................................... 96
Figura 4.8 - Posições esquemáticas para as medições da espessura das paredes externas e
septos................................................................................................................................ 97
Figura 4.9 - Desvio em relação ao esquadro (D) – Representação esquemática.................. 97
Figura 4.10 - Planeza das faces – Representação esquemática. .......................................... 98
Figura 4.11 - Compressão axial do bloco de vedação ........................................................ 100
Figura 4.12 - Representação e distâncias da estrutura metálica com blocos baritados para
posicionamento das paredes de alvenaria para o ensaio de atenuação dos materiais........... 101
Figura 4.13 - Arranjo experimental utilizado para a determinação das propriedades de
atenuação dos blocos cerâmicos........................................................................................ 102
Figura 4.14 - Arranjo experimental utilizado para as medições dos fatores de atenuação da
parede de alvenaria como material de proteção em função da tensão................................. 103
Figura 4.15 - Arranjo experimental da equivalência em chumbo montado no Laboratório do
IEE/USP, utilizado para a determinação das propriedades de atenuação dos blocos cerâmicos.
......................................................................................................................................... 104
Figura 4.16 - Distâncias utilizadas no arranjo experimental para as medições de kerma no ar
da equivalência de chumbo em função da tensão............................................................... 105
Figura 5.1 - Difratograma de raios X da barita n° 2 ........................................................... 110
Figura 5.2 - Difratograma de raios X da argila .................................................................. 110
Figura 5.3 - Análise térmica da matéria-prima barita n° 2.................................................. 111
Figura 5.4 - Análise térmica da matéria-prima argila......................................................... 112
Figura 5.5 - Petrografias barita n° 2. Baritito granoblástico com cristais tabulares de barita 114
Figura 5.6 - Comparação gráfica da perda de massa das formulações nas três temperaturas:
950 ºC, 1000 ºC e 1050 ºC ................................................................................................ 115
Figura 5.7 - Efeito da variação da formulação do bloco cerâmico na retração linear em
diferentes temperaturas ..................................................................................................... 117
Figura 5.8 - Absorção de água em função das temperaturas dos corpos-de-prova estudados
......................................................................................................................................... 118
Figura 5.9 - Porosidade aparente das formulações em função das temperaturas de queima 120
Figura 5.10 - Comparação gráfica da tensão de ruptura à flexão das formulações em três
temperaturas: 950 ºC, 1000 ºC e 1050 ºC .......................................................................... 121
Figura 5.11 - Comparativo dos blocos cerâmicos baritados com argamassas baritadas
existentes no mercado, em função da tensão e equivalência de chumbo............................. 127
Figura 5.12 - Fotografia dos blocos cerâmicos extrudados e queimados na temperatura de 950
ºC ..................................................................................................................................... 128
Figura 5.13 - Micrografias obtidas por MO e MEV da superfície de fratura do bloco cerâmico
queimada a 950 ºC ............................................................................................................ 129
Figura 5.14 – Resultados analíticos por EDS das áreas A, B e C da Figura 5.12 (c),
respectivamente ................................................................................................................ 131
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Classes de resistência de blocos cerâmicos de alvenaria (ABNT NBR 15270-1).
......................................................................................................................................... 31
Tabela 3.1 - Doses associadas aos efeitos determinísticos letais para exposição de corpo
inteiro de radiação X......................................................................................................... 55
Tabela 3.2 - Simbologia das áreas controladas e livres e os níveis de restrição de dose,
correspondentes ................................................................................................................ 60
Tabela 3.3 - Valores típicos de carga de trabalho semanal................................................. 66
Tabela 3.4 - Fatores de ocupação definidos pela NCRP 147 (2004) para diferentes tipos de
ocupação........................................................................................................................... 67
Tabela 3.5 - Fatores de uso sugeridos para o cálculo de barreiras primárias....................... 68
Tabela 3.6 - Comparação dos níveis de restrição de doses efetivas fornecidas pelo NCRP n°
147 (2004) e de equivalente de dose ambiente fornecidas pela Portaria n° 453 (MINISTÉRIO
DA SAÚDE, 1998) para as áreas controlas e áreas livres ................................................. 70
Tabela 4.1 - Nomenclatura da ocorrência e das amostras de baritas adotadas para o trabalho,
e sua localização no estado................................................................................................ 80
Tabela 4.2 - Formulações cerâmicas estudadas (% em peso) ............................................. 88
Tabela 4.3 - Tolerâncias dimensionais relacionados à média das dimensões efetivas......... 96
Tabela 4.4 - Configuração do arranjo experimental para a parede de blocos cerâmicos de
vedação e suporte com folhas de chumbo.............................................................................105
Tabela 5.1 - Análise química semi-quantitativa da argila (% em peso)................................107
Tabela 5.2 - Análise química semi-quantitativa das baritas (% em peso).............................108
Tabela 5.3 - Distribuição do tamanho médio de partículas da argila....................................108
Tabela 5.4 - Limite de liquidez, limite de plasticidade, índice de plasticidade para a
classificação da matéria-prima argila....................................................................................109
Tabela 5.5 - Perda de massa ao fogo das formulações do protótipo cerâmico ................... 115
Tabela 5.6 - Retração linear de queima das formulações do protótipo cerâmico ............... 116
Tabela 5.7 - Absorção de água de queima das formulações do protótipo cerâmico ........... 118
Tabela 5.8 - Porosidade Aparente de queima das formulações do protótipo cerâmico ...... 119
Tabela 5.9 - Resistência mecânica das formulações do protótipo cerâmico ...................... 120
Tabela 5.10 - Resumo dos resultados das propriedades tecnológicos dos corpos-de-prova
sinterizados a 950, 1.000 e 1.050 °C................................................................................. 122
Tabela 5.12 - Resultados da avaliação quanto à especificação dos blocos cerâmicos de
vedação para alvenaria..................................................................................................... 124
Tabela 5.13 - Média dos valores de transmissão, resultantes das medições para a parede de
bloco cerâmico em diferentes tensões .............................................................................. 125
Tabela 5.14 – Média dos valores de Kerma no ar, resultantes das medições paras diferentes
espessuras de folhas de chumbo em diferentes tensões (kV)............................................. 126
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
AA Absorção de água
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ART Anotação de Responsabilidade Técnica
AG Análise Granulométrica
AP Análise da Plasticidade
AT Análise Térmica
ATD Análise Térmica Diferencial
ATG Análise Térmica Gravimétrica
CNEN Comissão Nacional de Energia Nuclear
CREA Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia
DNA Ácido desoxirribonucleico
DNPM Departamento Nacional de Produção Mineral
DRX Difração de raios X
FRX Fluorescência de raios X
IAEA International Atomic Energy Agency
ICV Indústria Cerâmica Vermelha
ICRP International Commission on Radiological Protection
INCA Instituto Nacional de Câncer
IP Índice de Plasticidade
IRD Instituto de Radioproteção e Dosimetria
LL Limite de Liquidez
LP Limite de Plasticidade
MEV Microscopia Eletrônica de Varredura
MO Microscopia Óptica
MRF Módulo de Ruptura à Flexão
MTE Ministério do Trabalho e Emprego
NBR Norma Brasileira Registrada
NCRP National Council on Radiation Protection
NR Norma Regulamentadora
NX Nicóis Cruzado
N// Nicóis Paralelo
PA Porosidade Aparente
PCMSO Programa de Controle Médico e Saúde Ocupacional
PF Perda de massa ao Fogo
QGN Química Geral do Nordeste
RL Retração Linear de queima
RM Resistência Mecânica
RN Rio Grande do Norte
SUS Sistema Único de Saúde
UR Umidade Relativa
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO............................................................................................................ 17
2 INDÚSTRIA CERÂMICA .......................................................................................... 22
2.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS.................................................................................. 22
2.2 PREPARAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA.................................................................... 24
2.2.1 Extração.................................................................................................................. 24
2.2.2 Beneficiamento ....................................................................................................... 24
2.2.3 Extrusão.................................................................................................................. 26
2.2.4 Secagem .................................................................................................................. 26
2.2.5 Queima.................................................................................................................... 27
2.2.6 Acabamento............................................................................................................ 29
2.2.6.1 Inspeção................................................................................................................ 29
2.2.6.2 Armazenamento .................................................................................................... 29
2.2.6.3 Expedição ............................................................................................................. 29
2.3 PRINCIPAIS PRODUTOS ......................................................................................... 30
2.3.1 Blocos cerâmicos..................................................................................................... 30
2.3.2 Argila - a matéria-prima da indústria de cerâmica vermelha.............................. 31
2.3.2.1 Fração Argilosa..................................................................................................... 34
2.3.2.2 Fração não-argilosa .............................................................................................. 36
3 FATORES QUE INTERFEREM NA PROTEÇÃO RADIOLÓGICA .................... 39
3.1 PRINCÍPIOS GERAIS DE RADIOPROTEÇÃO ........................................................ 39
3.2 PROTEÇÃO RADIOLÓGICA ................................................................................... 40
3.2.1 Limitação do tempo de exposição .......................................................................... 41
3.2.2 Distância da fonte de radiação............................................................................... 41
3.2.3 Blindagem da fonte de radiação ............................................................................ 41
3.3 INTERAÇÃO RAIO X COM A MATÉRIA .............................................................. 41
3.3.1 Efeito fotoelétrico ................................................................................................... 43
3.3.2 Espalhamento Coerente ......................................................................................... 44
3.3.3 Espalhamento Compton......................................................................................... 45
3.4 PRODUÇÃO DE RAIOS X........................................................................................ 46
3.4.1 Os Raios Roentgen ................................................................................................. 46
3.4.2 Equipamentos de raios X ....................................................................................... 47
3.4.2.1 Tubo de raio X ...................................................................................................... 47
3.4.3 Interação elétron-alvo ........................................................................................... 49
3.4.4 Produção de calor................................................................................................... 49
3.5 MECANISMOS DE PRODUÇÃO DE RAIO X ........................................................ 50
3.5.1 Radiação de Freamento ......................................................................................... 50
3.5.2 Raios X Característico .......................................................................................... 50
3.6 GRANDEZAS E UNIDADES DOSIMÉTRICAS BÁSICAS ..................................... 51
3.6.1 Atividade................................................................................................................. 51
3.6.2 Exposição ............................................................................................................... 52
3.6.3 Kerma no ar ........................................................................................................... 52
3.6.4 Dose Efetiva ........................................................................................................... 53
3.6.5 Dose absorvida ....................................................................................................... 53
3.6.6 Dose Equivalente .................................................................................................... 54
3.7 EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO IONIZANTE .......................................... 54
3.7.1 Interação da radiação com as células .................................................................... 54
3.7.1.1 Efeitos Determinísticos ......................................................................................... 55
3.7.1.2 Efeitos estocásticos ............................................................................................... 55
3.8 REQUISITOS DE SEGURANÇA E PROTEÇÃO RADIOLÓGICA PARA O
LICENCIAMENTO E FISCALIZAÇÃO DE INSTALAÇÕES EM RADIODIAGNOSTICO
......................................................................................................................................... 56
3.8.1 Autoridades Regulatórias em Proteção Radiológica no Brasil............................. 56
3.8.2 Exigências Administrativas e Técnicas para Licenciamento de Instalações de
Radiodiagnóstico Médico e Odontológico ...................................................................... 58
3.8.2.1 Dados Gerais para elaboração de projeto ............................................................... 58
3.8.3 Fabricação e uso de vestimentas de Proteção Individual...................................... 60
3.8.4 Papel dos Engenheiros ........................................................................................... 60
3.9 CÁLCULO DE PROTEÇÃO RADIOLÓGICA DE BLINDAGENS DE SALAS
RADIOLÓGICAS: CONCEITOS, METODOLOGIAS E MATERIAIS ........................... 62
3.9.1 Introdução .............................................................................................................. 62
3.9.2 Conceitos aplicados à Proteção Radiológica ......................................................... 63
3.9.3 Limites autorizados e classificação de áreas.......................................................... 69
3.9.4 Labirinto convencional .......................................................................................... 71
3.9.5 Modelos matemáticos............................................................................................. 72
3.9.5.1 Modelo para cálculo de blindagem (NCRP n°147/2004)........................................ 72
3.9.6 Materiais de Blindagem ......................................................................................... 73
3.9.6.1 Concreto................................................................................................................ 74
3.9.6.2 Aço e chumbo ....................................................................................................... 74
3.9.6.3 Argamassa Baritada............................................................................................... 75
3.9.6.4 Materiais cerâmicos............................................................................................... 75
3.10 BARITA – MATÉRIA-PRIMA PARA BLINDAGEM DE RADIAÇÃO X.............. 76
3.10.1 Mineralogia........................................................................................................... 77
3.10.2 Geologia ................................................................................................................ 77
3.10.3 Usos e Funções ..................................................................................................... 78
3.10.4 Propriedades Físicas e Químicas ......................................................................... 78
4 MATERIAIS E MÉTODOS........................................................................................ 79
4.1 ENSAIOS PRELIMINARES – PARTE I.................................................................... 79
4.1.1 Matérias-primas empregadas..................................................................................... 79
4.1.1.1 Argila....................................................................................................................... 79
4.1.1.2 Baritas................................................................................................................... 80
4.1.2 Caracterização das matérias-primas..................................................................... 81
4.1.2.1 Análise granulométrica.......................................................................................... 82
4.1.2.2 Avaliação da plasticidade ...................................................................................... 83
4.1.2.3 Análise química por fluorescência de raios X ........................................................ 84
4.1.2.4 Análise mineralógica por difração de raio X.......................................................... 84
4.1.2.5 Análise Térmica ................................................................................................... 85
4.1.2.6 Petrografia ............................................................................................................ 86
4.2 FORMULAÇÃO DAS MATÉRIAS-PRIMAS - PARTE II......................................... 87
4.2.1 Materiais ................................................................................................................ 87
4.2.2 Métodos .................................................................................................................. 87
4.2.3 Caracterização das propriedades tecnológicas...................................................... 89
4.2.3.1 Perda de massa ao fogo ......................................................................................... 90
4.2.3.2 Retração Linear de queima .................................................................................... 91
4.2.3.3 Absorção de água .................................................................................................. 91
4.2.3.4 Porosidade aparente............................................................................................... 92
4.2.3.5 Resistência Mecânica ............................................................................................ 92
4.3 ELABORAÇÃO DE BLOCOS CERÂMICOS - PARTE III ....................................... 93
4.3.1 Materiais ................................................................................................................ 93
4.3.2 Métodos .................................................................................................................. 93
4.3.3 Caracterização – ensaios tecnológicos .................................................................. 94
4.3.3.1 ABNT NBR 15270-3 – Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural e de vedação –
Métodos de Ensaios ......................................................................................................... 95
4.3.3.2 Avaliação da atenuação da radiação X................................................................... 100
4.3.3.3 Caracterização final .............................................................................................. 106
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................. 107
5.1 CARACTERIZAÇÃO DAS MATÉRIAS-PRIMAS – PARTE I ................................. 107
5.1.1 Análise química por fluorescência de raio X......................................................... 107
5.1.2 Análise granulométrica ......................................................................................... 108
5.1.3 Avaliação da plasticidade....................................................................................... 109
5.1.4 Análise mineralógica por difração de raios X ....................................................... 109
5.1.5 Análise térmica....................................................................................................... 111
5.1.6 Petrografia.............................................................................................................. 103
5.2 CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS – PARTE II ........ 115
5.2.1 Perda de massa ao fogo ......................................................................................... 115
5.2.2 Retração Linear ..................................................................................................... 116
5.2.3 Absorção de água .................................................................................................. 118
5.2.4 Porosidade Aparente ............................................................................................. 119
5.2.5 Resistência Mecânica (RM).................................................................................... 120
5.3 CARACTERIZAÇÃO ENSAIOS TECNOLÓGICOS BLOCOS CERÂMICOS – PARTE
III ..................................................................................................................................... 123
5.3.1 NBR 15270: Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural e de vedação – Parte 1,
Terminologia e requisitos e Parte 3, Matérias e Métodos.............................................. 123
5.3.2 Avaliação da atenuação da radiação X.................................................................. 124
5.3.3 Caracterização final .............................................................................................. 128
5.3.3.1 Microscopia ótica e eletrônica .............................................................................. 128
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS....................................................................................... 132
REFERENCIAS.............................................................................................................. 134
APÊNDICES................................................................................................................... 142
1 INTRODUÇÃO
O homem está exposto a diversas fontes de radiação ionizante, naturais e artificiais,
que contribuem para a produção de uma dose em seu organismo. A contribuição de todas as
fontes de uso médico para a dose per capita varia de uma pequena percentagem da radiação
em países em desenvolvimento até percentuais significativamente altos em países
desenvolvidos. A maior parte dessas contribuições é decorrente da utilização em radiologia
diagnóstica, que é responsável por cerca de 90% das exposições em países desenvolvidos.
Cerca de metade da população realiza, pelo menos um exame radiológico por ano, portanto, é
necessário uma atenção especial para as exposições médicas. Segundo a Comissão
Internacional de Proteção Radiológica, a exposição médica é a única categoria na qual é
possível grande redução na dose média comparada a da população (FREITAS; DREXLER,
1992).
A radiologia diagnóstica é uma área da medicina que está em contínuo
desenvolvimento, desta forma, faz-se necessário o estudo de materiais a serem aplicados em
barreiras de proteção para minimizar os efeitos das radiações nos profissionais e no público.
Para obter uma proteção adequada contra os efeitos nocivos das radiações ionizantes é
necessário que as regulamentações sejam obedecidas rigorosamente. No caso da proteção de
ambientes onde existem fontes de raios X de uso diagnóstico, devem ser seguidas publicações
atuais e reconhecidas, como por exemplo, os procedimentos publicados pelo National Council
on Radiation Protection and Measurements 147 (NCRP) (2004) para cálculos de blindagem
contra radiações, além das determinações impostas pela portaria nº 453 (MINISTÉRIO DA
SAÚDE, 1998).
As técnicas radiográficas utilizadas nos primórdios da Radiologia Diagnóstica
apresentavam tempos de exposição que poderiam chegar a 40 ou 45 minutos. Existem relatos
de uso de um equipamento durante uma hora e quinze minutos para a obtenção da imagem de
uma bacia. Um manual de utilização de tubos de raio X do início do século considerava
tempos de exposição de 1 a 2 minutos para imagens de antebraço e das mãos, 10 minutos para
o ombro e pulmão, 9 minutos para o joelho e 20 minutos para a bacia, cabeça e pelve, quando
a distância do tubo ao paciente era de 25 cm (COSTA, 1999).
A radiologia diagnóstica está em evolução contínua, em resposta ao desenvolvimento
tecnológico, permitindo diagnósticos com qualidade cada vez melhor e reduzindo a exposição
da população. Entretanto, faz-se necessário o estudo de materiais aplicados em barreiras de
proteção para diminuir os efeitos das radiações quando profissionais e público em geral são
expostos, além de aperfeiçoar o dimensionamento e aumentar o conhecimento das
propriedades de atenuação para outros materiais (WRIGHT, 1998; BARROS, 2001).
Para o dimensionamento das barreiras de proteção devem ser observados os dados
técnicos e operacionais das instalações radiológicas, estudados por Simpkin (1996) e Costa
(1999), que podem ser representados pela grandeza carga de trabalho. Esta grandeza fornece
a extensão do uso de uma instalação radiológica (em mA x minuto por semana). Devem
também ser considerados o fator de uso, que representa a direção do feixe de radiação sobre a
camada de proteção a ser calculada, e o fator de ocupação, relacionado com o tempo de
permanência de pessoas nas diferentes áreas a serem protegidas (FRIMAIO, 2006). Deve ser
levado em conta a proteção dos trabalhadores e do público em geral, para este propósito, são
utilizadas barreiras protetoras segundo o princípio de que os níveis de radiação devem ser tão
baixos quanto razoavelmente exeqüíveis – as low as reasonably achievable (NATIONAL
COUNCIL, 1976).
O processo de atenuação da radiação está relacionado com a sua interação com a
matéria. Existem três métodos básicos para garantir que os requisitos de proteção radiológica
sejam respeitados. Estes métodos são:
a) a proteção pela distância, que envolve a lei do inverso do quadrado da distância;
b) a redução do tempo de permanência em um local onde exista radiação, e;
c) a proteção pela interposição de uma barreira protetora entre a fonte e o ambiente que
se deseja proteger.
O NCRP 147 (2004) trata dos requisitos práticos e da metodologia para o cálculo de
barreiras protetoras para salas onde ocorre a emissão de radiação para fins diagnósticos. A
portaria nº 453 (MINISTÉRIO DA SAÚDE, 1998) estabelece os princípios básicos para o
sistema de proteção radiológica que são:
• Justificação da prática e das exposições médicas individuais: nenhuma prática ou
fonte utilizada deve ser autorizada, a menos que produza suficiente benefício para o
indivíduo exposto ou para a sociedade que compense o detrimento causado.
• Otimização da proteção radiológica: as instalações e as práticas devem ser
planejadas, implantadas e executadas, de modo que a magnitude das doses individuais,
o número de pessoas expostas e a probabilidade de ocorrência de exposições
acidentais sejam tão baixas quanto razoavelmente exeqüíveis. A otimização deve ser
aplicada tanto nos projetos, desenvolvimento e instalação de equipamentos, como nos
procedimentos de trabalho.
• Limitação de doses individuais: são valores de dose efetiva ou de dose equivalente
estabelecidos para exposição ocupacional e exposição do público, decorrentes de
práticas controladas cujas magnitudes não devem ser excedidas. As exposições
ocupacionais normais de cada indivíduo, resultante da combinação de todas as práticas
relevantes, devem ser controladas de forma que os valores dos limites estabelecidos na
Norma Comissão Nacional de Energia Nuclear -3.01 (CNEN-NE -3.01) (1988) não
sejam excedidos.
Segundo a portaria nº 453 (MINISTÉRIO DA SAÚDE, 1998) as exposições de
indivíduos são classificadas em três tipos:
• Exposição Ocupacional: é a exposição ocorrida principalmente como resultado do
trabalho.
• Exposição Médica: é a exposição de pessoas como parte de seu diagnóstico ou
terapia.
• Exposição Pública: compreende todas as outras exposições.
Passados alguns anos, o NCRP iniciou a publicação de relatórios nos quais foram
descritas algumas recomendações específicas para a proteção de salas de radiologia
diagnótica. O último período, descrito por Archer (1995) como “Era moderna”, iniciou-se
pela crescente sofisticação nas técnicas de proteção radiológica para a radiologia diagnóstica.
Nas últimas décadas, o NCRP 49 (1976), substituído recentemente pelo NCRP 147
(2004), juntamente com as determinações da portaria n° 453 (MINISTÉRIO DA SAÚDE,
1998), têm sido utilizados para o cálculo das espessuras de materiais atenuantes para a
radiação X, com o objetivo de proteger o ser humano dos efeitos nocivos da radiação
ionizante e usufruir dos benefícios desta radiação com segurança.
Atualmente, argamassa baritada (uma composição com alto teor de sulfato de bário
(BaSO
4
), areia, ligas de agregação e outros elementos minerais) vem sendo utilizada como
material para revestimento em salas de radiologia diagnóstica. Este material apresenta alta
densidade (4,0 à 5,0 g/cm³), adequada para utilização como barreira, mas de difícil aplicação
nas paredes que se deseja blindar. A aplicação é manual e não se pode garantir a
homogeneidade da argamassa e nem que a mesma espessura seja aplicada em toda a parede,
desse modo, a quantidade de argamassa baritada aplicada nas paredes é quase sempre
superestimada. (VASCONCELOS, 2007).
Com o objetivo de contribuir no cumprimento dos requisitos de proteção radiológica, a
proposta principal deste trabalho é o desenvolvimento de blocos cerâmicos de vedação
utilizando para a fabricação destes materiais comuns à área de construção civil, para serem
utilizados como barreira de proteção e blindagem de instalações médicas e odontológicas,
quando submetidas aos raios X diagnósticos. A composição do bloco cerâmico foi
estabelecida para viabilizar um procedimento mais econômico, que demande menor tempo e
custo com maior praticidade para construção de paredes nas quais se faz necessário o uso de
barreira protetora, seguindo as metodologias desenvolvidas por Archer (1995), Costa (1999),
e os padrões estabelecidos pelo Ministério da Saúde que determinam sobre planejamento e
dimensionamento de equipamentos para estabelecimentos assistenciais de saúde, atendendo às
Normas Técnicas do Ministério da Saúde (1995) e aos métodos de cálculos de blindagens
orientados pela NCRP n.º 147 (NATIONAL COUNCIL, 2004).
Este trabalho tem por finalidade determinar as propriedades de atenuação de parede
feita com blocos cerâmicos de vedação constituídos de barita e argila, para serem usados
como elementos de atenuação no cálculo de barreiras de proteção e blindagens em ambientes
hospitalares e odontológicos, quando submetidos aos raios X.
Dentro deste contexto, a pesquisa foi programada para cumprir etapas experimentais
capazes de seguir e concluir tais objetivos específicos:
• Esboçar e realizar formulações do suporte cerâmico definido utilizando as devidas
proporções de cada matéria prima;
• Fabricar protótipos com as formulações fabricadas e sinterizá-los em três temperaturas
distintas;
• Verificar o comportamento das composições formuladas sinterizadas com relação a
porosidade aparente, absorção de água, perda de massa ao fogo, retração linear e
tensão de ruptura a flexão, e compara-las com um material de referência para verificar
que tipo de formulação apresenta melhores propriedades físicas;
• Produzir em laboratório, na forma de blocos cerâmicos, a formulação e a temperatura
que apresentaram melhores resultados nas simulações;
• Determinar as propriedades dos blocos cerâmicos produzidos com relação à atenuação
da radiação X, absorção de água e resistência a compressão;
• Analisar, segundo o NCRP 147 (2004), a equivalência em chumbo dos blocos
cerâmicos produzidos.
A tese abrange seis capítulos, e um anexo. Na introdução, são apresentadas as
legislações, normas técnicas, recomendações nacionais e internacionais para proteção
radiológica, os objetivos e justificativa deste trabalho. O capítulo 2 apresenta a
fundamentação teórica sobre a Indústria Cerâmica. No capítulo 3 são apresentados os
conceitos e metodologias para o cálculo de blindagens para salas radiológicas e os fatores que
interferem na proteção radiológica. O capítulo 4 trata da caracterização do material ensaiado,
elaboração do protótipo, procedimentos do ensaio e coleta de dados, os quais serão aplicados
conforme a metodologia de cálculo de barreiras para proteção radiológica. No capítulo 5, são
apresentadas as discussões e os resultados em forma de tabelas e gráficos, representando as
análises do protótipo e do bloco cerâmico. O capítulo 6 é dedicado às discussões gerais,
conclusões, e em seguida, são mostradas as perspectivas de trabalhos futuros.
2 INDÚSTRIA CERÂMICA
2.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS
Em vista da facilidade de fabricação e abundância de matéria-prima – o barro, a
indústria cerâmica é uma das mais antigas do mundo. Já, no período neolítico, o homem pré-
histórico calafetava as cestas de vime com o barro. Mais tarde, verificou-se que podia
dispensar o vime, e fez-se potes só de barro. Posteriormente, constatou que o calor endurecia
o barro, e surgiu a cerâmica propriamente dita, que nessa fase da humanidade, foi largamente
empregada para os mais diversos fins. Mais tarde, com o uso de barros diversos, utilizando-se
argilas com mais baixo ponto de fusão, surgiram os vidrados e vitrificados. No ano 4000 a.c.,
os assírios já obtinham cerâmica vidrada. Chama-se cerâmica à pedra artificial obtida pela
moldagem, secagem e cozedura de argilas ou de misturas contendo argilas (VERÇOSA,
1985).
As Indústrias de Cerâmica Vermelha (ICV) distribuem-se por todo país, muito
pulverizadas, em micro e pequenas empresas, quase sempre de organização simples e
familiar. É responsável, principalmente, pela fabricação de materiais para a indústria da
construção civil (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CERÂMICA, 2006).
Segundo dados da Associação Nacional da Indústria Cerâmica (ANICER) (2002), o
número de olarias e cerâmicas no Brasil é de aproximadamente 12 mil empresas, as quais
geram 650 mil empregos diretos, 2 milhões de empregos indiretos e um faturamento anual de
R$ 6 bilhões.
A Cerâmica tem um papel importante para economia do país, com participação no
Produto Interno Bruto (PIB) estimado em 1%, correspondendo a cerca de 6 bilhões de
dólares. A abundância de matérias-primas naturais, fontes alternativas de energia e
disponibilidade de tecnologias práticas embutidas nos equipamentos industriais, fizeram com
que as indústrias brasileiras evoluíssem rapidamente e muitos tipos de produtos dos diversos
segmentos cerâmicos atingissem nível de qualidade mundial com apreciável quantidade
exportada.
De forma mais ampla, a ICV constitui um segmento da indústria de transformação
inserido no ramo dos materiais não-metálicos, e tem como atividade a produção de blocos (de
vedação e estrutural), telhas, tijolos, tubos, manilhas, lajotas e outros produtos menos comuns.
No Brasil, o segmento da cerâmica vermelha conta com cerca de 5.500 empresas,
sendo em sua maioria micro e pequenas empresas, com um faturamento anual estimado em
R$ 6 bilhões, empregando diretamente 400 mil pessoas (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE
CERÂMICA, 2006). No estado do RN, de acordo com o último relatório do setor, existem
cerca de 160 empresas em atividade, localizadas em 39 municípios do Estado. Essas empresas
cerâmicas se concentram em 8 regiões, das quais 6 pertencem às bacias de grandes rios (Ceará
- Mirim, Potengi, Trairi/Jacu, Curimatau, Baixo Açu e Seridó) além das empresas da Chapada
do Apodi e da região serrana do extremo oeste potiguar (CARVALHO, 2001).
Apesar de antigo, o processo de fabricação dos produtos da ICV sofreu poucas
transformações ao longo dos anos, com utilização de tecnologia desenvolvida nas décadas de
1950 e 1960. Somente na década de 1990, com o surgimento dos programas de qualidade dos
materiais de construção, como o Programa da Qualidade da Construção Habitacional
(QUALIHAB) no estado de São Paulo, se iniciaram os programas de certificação das
empresas, produtos e serviços no setor da construção civil. Esta proposta de qualidade,
inicialmente foi desenvolvida para o estado de São Paulo e, em seguida, foi ampliada ao resto
do país, sendo adotado por outros Estados com algumas adaptações em função de
características regionais, por meio do Programa Brasileiro de Qualidade e Produtividade no
Habitat (PBQP-H) (BASTOS, 2003).
De maneira geral, devido à falta de investimento em pesquisa pela melhoria do
processo e produtos ao longo das últimas décadas, no Brasil, a ICV é atualmente caracterizada
pela elevada produção e baixa produtividade, baixo valor agregado ao produto, alto índice de
produtos não conformes, pouco controle ambiental e emprego de mão-de-obra pouco
qualificada (SOARES, 2004; BEZERRA, 2005). De acordo com Tavares (2002), a
produtividade brasileira de blocos vazados situa-se em torno de 13.000 peças por funcionário,
enquanto na Europa a produtividade em média é de 200.000. O autor em referência justifica a
elevada produtividade européia a pesquisas em inovação tecnológica e processos, a
modernização de equipamentos, a qualificação da mão-de-obra e ao incentivo governamental
ao setor.
Em se tratando de tecnologia, de acordo com Mafra (1983), a indústria de cerâmica
vermelha brasileira vem ao longo dos anos percorrendo o caminho inverso da conquista da
produtividade e qualidade, devido a enormes problemas peculiares a este setor. Estes
problemas se iniciam no mercado consumidor, que não exige produtos com especificações
definidas, ocasionando a despreocupação dos fabricantes em preparar suas empresas para
demandas maiores, com dimensões padronizadas e qualidade assegurada.
O poder de competitividade das indústrias deste setor é ainda muito reduzido, em
virtude do baixo nivelamento da maioria das empresas que compõe o mesmo, razão pela qual
não obriga os empresários a investirem tecnologicamente em suas unidades produtoras.
2.2 PREPARAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA
2.2.1 Extração
A extração da argila é feita a céu aberto utilizando retro-escavadeiras ou equipamentos
semelhantes. Normalmente, a mineração se encontra próxima à indústria (constituindo-se num
dos principais indicadores para a sua localização), já que a dificuldade da entrada de
caminhões de grande porte na jazida inviabiliza o transporte a grandes distâncias.
Segundo Pólo Produções Ltda. (2000) a extração e beneficiamento de argilas para a
indústria cerâmica vermelha, vêm tendo ultimamente uma melhor atenção no tratamento de
argilas. Isto só foi possível através da utilização de conhecimentos tecnológicos e da aplicação
de controles no processamento cerâmico.
2.2.2 Beneficiamento
A prática da estocagem a céu aberto, ou seja, o sazonamento das argilas é comum
desde a antiguidade e atua de forma positiva no tratamento das argilas. O processo de
intemperismo (sol-chuva) alivia as tensões nos produtos conformados, auxilia na plasticidade,
na trabalhabilidade da argila e na homogeneização e distribuição da umidade nas massas.
No processo de sazonamento, as argilas são geralmente dispostas segundo
características ou propriedades desejadas no produto final. A extensão e altura dos montes são
definidas conforme o espaço físico disponível. Apesar do período ideal ser de 1 (um) ano de
descanso para alcançar os resultados ideais no processamento cerâmico, é comum a fase de
sazonamento estar associada à operacionalização de cada indústria.
No beneficiamento das argilas, o grau de redução do grão ou da granulometria das
partículas se dá através de moedores, num processo a seco em britadores de mandíbulas e
moinhos de martelo. O cuidado que geralmente deve ser tomado com estes equipamentos,
além dos processos rotineiros de manutenção, é o monitoramento dos elementos moedores e
das grelhas.
Quando existe a necessidade de mais de um tipo de argila ocorre a pré-mistura, feita
de forma manual ou com o auxílio de pás carregadeiras. A seguir são dosadas por caixão
alimentador ou diretamente em correias transportadoras que levam aos quebradores de
aglomerados maiores (“torrões”, que freqüentemente ocorrem). Em seguida misturadores de
pás homogeneízam a matéria-prima. Neste mesmo ponto acrescenta-se também a água
necessária para que seja ultrapassado o limite de plasticidade, devendo o teor de umidade
estar entre 25% e 30% da massa total.
Conforme Motta (2001), a preparação da massa é feita geralmente através da mistura
de uma argila “gorda”, que é caracterizada pela alta plasticidade, granulometria fina, e
composição essencialmente de argilominerais; com uma argila “magra”, esta rica em quartzo
e menos plástica, podendo ser caracterizada também como material redutor de plasticidade.
Observa-se que, na prática ceramista, a utilização da classificação granulométrica da massa é
empírica, baseada na experiência do cerâmico prático, o que dificulta a padronização e a
formalização dos conhecimentos da área.
A homogeneização ou mistura é feita manualmente ou com pás carregadeiras,
conforme o percentual de cada matéria-prima utilizada, obtendo-se uma massa única e
homogênea. Em um galpão onde o material fica protegido contra as intempéries, a massa
chega ao caixão alimentador através de correias transportadoras. Por último, segue para o
segundo misturador, onde as palas têm as funções de homogeneizar a massa, promover o
avanço da massa pelo interior do equipamento e, ainda, auxiliar na eliminação de bolhas de ar
de grandes dimensões. As palas podem ser fixas ou móveis, que permitem uma regulagem da
intensidade da mistura, e maior ou menor produção. Quanto maior a inclinação das palas
maior será a produção e menor o desgaste, o inverso reduz a produção e aumenta o desgaste
das partes em contato com a mistura. Nesta etapa do processo produtivo, faz-se conveniente
controlar a homogeneização, a umidade e a mistura da massa, bem como a eliminação de
pedras, raízes, metais e outras impurezas nocivas ao processo.
2.2.3 Extrusão
Conforme Pólo Produções Ltda. (2000), a obtenção de produtos pelo processo de
extrusão consiste em compactar uma massa plástica numa câmara de alta pressão equipada
com sistema de vácuo, contra um molde de formato desejado.
Na saída do extrusor, a massa moldada, expelida de forma contínua, é secionada no
comprimento desejado.
Ainda que os custos de preparação e conformação de matérias-primas em uma fábrica
de telhas, tijolos e blocos girem em torno da fabricação dos produtos é certo que se estas
operações não forem devidamente conduzidas, podem aumentar notavelmente os custos das
fases mais caras do processo, como a secagem e a queima.
Os defeitos causados por se trabalhar com uma massa conformada com tensões,
freqüentemente, são visíveis somente quando as peças saem do secador, do forno e, às vezes
só depois de vários anos após sua aplicação.
Entre vários fatores que devem ser levados em conta para obtenção de um bom
resultado no processo de extrusão, dois deles merecem especial atenção: fatores relacionados
à massa e ao equipamento de extrusão.
A primeira condição para se obter um bom resultado na extrusão é garantir que o
material a ser conformado, apresente as mínimas variações possíveis, tanto na composição
(plasticidade) como na preparação (granulometria), e no seu teor de umidade.
Para que o equipamento de extrusão e seus periféricos (bomba de vácuo) estejam
sempre em perfeitas condições de uso, é imprescindível que façam parte de um sistema
devidamente implantado de manutenção preventiva.
2.2.4 Secagem
Para Oliveira (2000), o processo de secagem pode ser definido como a eliminação da
água de conformação dos produtos cerâmicos através do ar aquecido, e é considerada uma das
fases mais delicadas do processo produtivo. A umidade de extrusão dos produtos cerâmicos
normalmente oscila entre 20 e 30% e, após a secagem, esta umidade residual deve estar
abaixo de 5%.
A secagem pode ser do tipo natural ou forçada. A primeira acontece com exposição
das peças cerâmicas ao ar livre. Este processo é utilizado quando a empresa possui uma
produção baixa ou quando se dispõem de sol o ano todo e mão de obra barata. A secagem
natural pode durar de 2 a 8 dias dependendo da temperatura ambiente e da ventilação. A
exposição em pátio deve ser de forma que garanta a circulação de ar entre as mesmas evitando
a retração diferenciada e, conseqüentemente, as trincas, comuns no processo lento.
A secagem forçada pode ser através de secadores intermitentes ou contínuos. A
temperatura no início da secagem deve ser de aproximadamente 40ºC aumentando
gradativamente até chegar a 100ºC. Temperaturas elevadas no início da secagem serão fontes
de trincas, já as baixas aumentam cada vez mais o ciclo de secagem e neste caso, para se
evitar as trincas é recomendável levantar a curva de Bigot das argilas para se conhecer o
momento em que é permitido acelerar a secagem.
Oriundos de uma das três operações anteriores, os elementos já moldados e
transportados para áreas cobertas são dispostos em prateleiras (fixas ou móveis) ou
simplesmente empilhados no chão a fim de perderem a maior parte da umidade. Também são
utilizadas estufas para este fim, aproveitando, via de regra, o calor residual dos fornos quando
de seu resfriamento. A umidade final desejada é da ordem de 3 a 4%. E dependendo do
produto, ocorre uma contração que pode variar entre 4 e 10%.
Outro fator de grande importância é a umidade relativa do ar (UR). No início da
secagem, a UR deve estar por volta de 95% para impedir a eliminação de água de forma
rápida, o que pode ser realizado através da tiragem. Atingindo o ponto crítico, pode-se
acelerar a secagem, aumentando-se a temperatura e a velocidade do ar injetado.
2.2.5 Queima
Segundo Mafra (1983), o material seco é levado ao forno, e os mesmos podem utilizar
como fonte de energia a lenha, a serragem, os rejeitos de madeira, o óleo, o carvão mineral,
ou o gás natural. O processo de queima dura aproximadamente 150 horas, em virtude do
elevado nível de umidade proveniente da secagem natural.
Conforme a Sudene (1989), a operação fundamental para a obtenção das
características dos produtos cerâmicos é a queima. É durante esta fase que os produtos
cerâmicos, submetidos ao tratamento térmico, sofrem transformações físico-químicas,
alterando as suas propriedades mecânicas e conferindo-lhes as características inerentes a todo
produto cerâmico.
Os fornos são os equipamentos utilizados nesta fase do processo, e são classificados de
acordo com o ciclo de operação em: intermitentes e contínuos. Os fornos intermitentes
funcionam em ciclo periódico de carga-queima-descarga. Os fornos contínuos funcionam em
ciclos de 24 horas/dia, sem necessidade de paradas para carga ou descarga dos produtos.
Nos fornos intermitentes, o calor sensível gasto para aquecer a carga e a alvenaria do
forno (estrutura), não é normalmente recuperado no final da queima e durante a fase de
resfriamento. Todo o calor retirado da massa dos produtos e da massa estrutural do forno é
dissipado para o ambiente. Em alguns casos, dependendo do volume da alvenaria do forno,
este consumo chega a representar 50% ou mais do calor total requerido no processo de
queima. Nos fornos contínuos, este calor é aproveitado para aquecer o ar combustão ou para
pré-aquecer a carga enfornada.
Segundo Villar (1988), os fornos mais utilizados são os do tipo intermitente, os quais
possuem pouca variação de modelos. O forno denominado “semi-contínuo” é comumente
encontrado, este inicia o processo pela queima do combustível em fornalhas frontais dispostas
no lado oposto ao da chaminé, fazendo o calor percorrer todo o seu comprimento,
completando a secagem.
A queima efetiva ocorre pela alimentação seqüencial (da frente para o lado da
chaminé) através de aberturas na parte superior do forno, de lenha ou serragem, propiciando
chama direta sobre a carga.
Diferenciam-se pelo formato, um circular, chamado “garrafão”, outro retangular,
chamado “chinês”. O término desta fase ocorre no resfriamento e descarga do forno com o
produto acabado.
Na queima do material consubstanciam-se todas as dificuldades encontradas neste tipo
de unidade produtiva. A utilização de fornos rudimentares, sem flexibilidade operacional
alguma, obriga à dependência da habilidade do responsável pela queima.
Parâmetros como o conhecimento (ou sensibilidade) na detecção visual da temperatura
correta para a queima ou do término da fase de secagem que ocorre dentro do forno, indicada
pela redução da saída de vapor na chaminé, são exemplos da habilidade exigida.
2.2.6 Acabamento
2.2.6.1 Inspeção
É feita na saída do forno, rejeitando material quebrado, trincado, lascado, queimado
em excesso e, no caso das telhas, as que possuem som chocho.
2.2.6.2 Armazenamento
É feito em área coberta, permanecendo no local até a expedição.
2.2.6.3 Expedição
Efetuada através de caminhões por via rodoviária, utilizando equipamentos próprios
ou frentistas.
Figura 2.1: Processo de fabricação da cerâmica vermelha
Fonte: Adaptado Silva (2008, p. 42).
2.3 PRINCIPAIS PRODUTOS
Os principais produtos fabricados pela ICV são blocos e telhas. Quanto aos blocos
cerâmicos, podem ser de vedação ou estruturais NBR 15270-1. (ASSOCIAÇÃO
BRASILEIRA..., 2005). Os principais tipos de telhas cerâmicas são: (i) telha de capa e canal,
(ii) telha colonial, (iii) telha paulista, (iv) telha capa e canal plan, (v) telha francesa ou
marselhesa, (vi) telha romana, (vii) termoplan, (viii) telha portuguesa, dentre outras. NBR
15310 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA...,, 2009).
2.3.1 Blocos cerâmicos
Segundo a Associação Nacional da Indústria Cerâmica (2002), os blocos cerâmicos
são componentes utilizados em alvenaria (vedação, estrutural ou portante). Apresentam furos
de variados formatos, paralelos a qualquer um dos seus eixos.
São dois os tipos de blocos cerâmicos utilizados na construção civil e produzidos no
Brasil.
• Bloco de vedação – são aqueles destinados à execução de paredes que suportarão o
peso próprio e pequenas cargas de ocupação (armário, pias, lavatórios, etc.).
Geralmente são utilizados com furos na horizontal e com atual tendência ao uso com
furos na vertical.
• Blocos estruturais ou portantes – são aqueles que além de exercerem a função de
vedação, também são destinados à execução de paredes que constituirão a estrutura
resistente da edificação (podendo substituir pilares e vigas de concreto). Estes blocos
são utilizados com os furos sempre na vertical.
Conforme a NBR 15270-1 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS
TÉCNICAS, 2005) - Bloco cerâmico para alvenaria, este define-se como componente de
alvenaria que possui furos prismáticos perpendiculares às faces que as contém.
Os blocos cerâmicos de vedação constituem as alvenarias externas e internas e não
possuem a função de suportar outras cargas além do seu peso próprio e pequenas cargas de
ocupação (apoio para armários, caixas de ar condicionado, pranchas etc.).
(a) (b)
Figura 2.2: Tipos de blocos cerâmicos para vedação. (a) Blocos usados com furos na
horizontal, (b) Blocos usados com furos na vertical.
Fonte: Adaptado NBR 15270-1 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS,
2005, p.7).
As dimensões nominais destes blocos são muito variadas, indo desde (10 x 20 x 20)cm
até (25 x 25 x 40)cm.
No tocante às especificações técnicas, estes blocos devem atender aos parâmetros de
características geométricas como dimensões reais, a planeza das faces, o desvio em relação ao
esquadro, a espessura das paredes e dos septos dos blocos, e apresentar um teor de absorção
de água no intervalo entre 8% e 25%, além de obedecer aos critérios de resistência à
compressão indicados na Tabela 2.1.
Tabela 2.1: Classes de resistência de blocos cerâmicos de alvenaria (ABNT NBR 15270-1).
Posição dos furos Resistência à compressão (MPa)
Para blocos com furos na horizontal (fig. 2.2 a) ≥1,5
Para blocos com furos na vertical (fig. 2.2 b) ≥3,0
2.3.2 Argila - a matéria-prima da indústria de cerâmica vermelha
Como citado anteriormente, a argila é praticamente a única matéria-prima utilizada
pela ICV. Segundo Motta (2001), sobre este ponto de vista, o setor desta indústria cerâmica
utiliza basicamente argila comum, tendo, portanto, uma massa do tipo monocomponte - só
argila.
Por possuir uma grande diversidade e conter numerosos tipos de minerais, a argila é
uma das matérias-primas mais utilizadas, não só na ICV, mas também em outras indústrias
cerâmicas e em diversos processos industriais.
As argilas fazem parte dos chamados “minerais industriais” formado pelo grupo dos
silicatos, grupo este de grande importância, pois cerca de 25 % dos minerais conhecidos e
quase 40 % dos minerais comuns são silicatos (MACHADO 2006), representando
aproximadamente 97 % em volume da crosta continental.
Considerando que os minerais dominantes da crosta terrestre são os silicatos e os
óxidos, cujas propriedades dependem das condições físicas e químicas de sua formação
(SANTOS, 1989), os silicatos podem ser agrupados, conforme o arranjo espacial, em 6
classes:
(i) nesossilicatos;
(ii) sorossilicatos;
(iii) ciclossilicatos
(iv) inossilicatos;
(v) filossilicatos; e
(vi) tectossilicatos.
Dentre estas seis classes, a dos filossilicatos é a que possui maior participação dentro
da química de materiais, incluindo nesta classe os minerais argilosos. Por causa da
superposição de fenômeno de degradação, de transporte e de reações químicas é difícil
encontrar um único tipo de argila na natureza em estado puro (FACINCANI, 1993;
MACHADO 2006).
Na maioria das vezes as argilas são constituídas de outros materiais, chamados
materiais complementares ou minerais acessórios, como, por exemplo, os feldspatos, o
quartzo e os carbonatos.
Os constituintes das argilas podem ser divididos em dois grupos de características
distintas: um de fração argilosa e outro de fração não-argilosa. O primeiro grupo, também
denominada de fração argila, é constituído pelos argilominerais (minerais de argila), os quais,
pela sua natureza, proporcionam à argila característica plástica; enquanto que a fração não
argilosa é constituída pelos minerais acessórios, proporcionando a argila característica não
plástica (DEER, 1992).
De um modo geral, as argilas apresentam combinações bastante distintas destas duas
frações, o que influi fortemente no seu comportamento reológico, nas alterações físicas e
químicas durante a etapa de queima e nas propriedades tecnológicas do produto final
(DUTRA, 2006). Por exemplo, uma argila com uma fração majoritária de minerais argilosos,
comparativamente a fração de minerais acessórios, tende a apresentar uma elevada
plasticidade, bem como, granulometria muito fina e elevada reatividade química e
sinterabilidade. Inversamente, uma argila com predominância da fração de minerais
acessórios, apresenta menor plasticidade, grãos mais grossos com formas arredondadas e
eqüidistantes, menor superfície específica e elevada estabilidade térmica (BORBA, 1997;
PRACIDELLI, 1997).
Os materiais cerâmicos apresentam elevada resistência ao calor, considerável
resistência à oxidação e ao ataque químico, elevada resistência à deformação plástica e alta
rigidez mecânica. Além disso, são comumente bons isolantes térmicos e elétricos. Possuem,
em geral, baixa resistência ao impacto e grande variação da resistência à fratura (OLIVEIRA,
2004).
Segundo a ASSOCIACAO BRASILEIRA DE CERÂMICA (2004), os materiais
cerâmicos podem ser classificados da seguinte forma: cerâmica vermelha, cerâmica branca,
materiais refratários, isolantes térmicos, abrasivos, vidros, cimento e cal.
São materiais terrosos naturais, que misturados com água, adquirem a propriedade de
apresentar alta plasticidade, constituídas essencialmente de partículas cristalinas
extremamente pequenas, chamada de argilo-minerais. De acordo com a ABNT, as argilas são
compostas de partículas coloidais de diâmetro inferior a 0,005 mm, com alta plasticidade
quando úmidas e que, quando secas, formam torrões dificilmente desagregáveis pela pressão
dos dedos (VERÇOSA, 1985).
O termo argila representa para um ceramista um material natural que quando
misturado com água se converte numa pasta plástica. Para um sedimentologista, representa
um termo granulométrico que abrange todos os sedimentos em que dominam as partículas
com diâmetro esférico equivalente inferior a 2 µm. Para um petrologista, é uma rocha, e, para
um mineralogista, é um mineral ou mistura de minerais argilosos que apresentam estrutura
essencialmente filitosa e granulometria muito fina (GOMES, 1988).
Contudo, o conceito que reúne aceitação mais geral considera que a argila é um
material natural, terroso, de granulação fina, que geralmente adquire quando umedecido com
água certa plasticidade, e é constituída essencialmente por argilominerais - os silicatos
hidratados de alumínio - podendo conter minerais que não são considerados argilominerais
(calcita, dolomita, gibsita, quartzo, aluminita, pirita e outros), matéria orgânica e outras
impurezas. Caracteriza-se principalmente por ser constituída essencialmente por
argilominerais, geralmente cristalinos, e ter um elevado teor de partículas de diâmetro
equivalente abaixo de 2 µm, constituído praticamente por argilominerais (GOMES, 1988).
2.3.2.1 Fração Argilosa
A fração argilosa constitui, normalmente, a maior parcela do corpo cerâmico,
transformando-se, na maioria das vezes, em um material cristalino depois de queimado. Tem
a função de proporcionar moldabilidade à massa, de aumentar a plasticidade da massa, de
atuar como agente de suspensão em meio aquoso e de conferir coesão e solidez à massa verde,
sendo responsável pela retração na secagem e elevada resistência mecânica depois de
queimada. Como citado anteriormente, os argilominerais são os principais constituintes desta
fração, os quais apresentam entre si algumas características comuns, como: (i) suas estruturas
são formadas por camadas (capas) de componentes com coordenações tetraédricas e
octaédricas; (ii) quimicamente, são definidos como silicatos hidratados (principalmente de
alumínio ou magnésio), os quais, sob aquecimento, perdem água adsorvida e constitucional, e,
a altas temperatura,s produzem materiais altamente refratários (DEER, 1992).
De acordo com Barba (1997), os argilominerais presentes na fração argilosa são
filosilicatos hidratados que apresentam cristais muito pequenos (4-8 µm) com estrutura
lamelar hexagonal e poucas vezes com estrutura fibrosa. Possuem estrutura cristalina
composta por capas tetraédricas e capas octaédricas de átomos ou íons de oxigênio e de íons
hidroxila com pequenos cátions ao redor, principalmente Si
4+
e Al
3+
. As ordens das capas
(tetraédricas e octaédrica) e o espaçamento entre elas (7Å, 10Å, 14Å, etc.) é o que determina
o tipo de argilomineral, como também as substituições que podem ocorrer, dentro da
estrutura.
Os principais grupos de argilominerais são:
(i) grupo da caulinita/serpentina - deste grupo o argilomineral mais comum é a
caulinita, a qual possui estrutura bilaminar, composta por uma capa tetraédrica (SiO
4
)
e uma octaédrica Al
2
(OH)
6
, tipo T:O ou 1:1 (Figura 2.3), podendo ocorrer
substituições de Si
4+
por Al
3+
no tetraedro e de Al
3+
por Fe
2+
e/ou Mg
2+
no octaedro
(SANTOS, 1999). Os outros minerais do grupo da caulinita são: a nacrita, a diquita e a
haloisita. Este último tem duas formas distintas - uma com a composição da caulinita e
outra derivada da caulinita por desidratação com perda de duas moléculas de água.
Normalmente, as argilas cauliníticas apresentam pouca plasticidade (caulinita < ilita e
clorita < montmorilonita), maior tendência de formar mulita (caulinita > ilita >
montmorilonita), e maior velocidade de secagem da peça (caulinita > ilita >
montmorilonita).
(ii) grupo das esmectitas - os argilominerais deste grupo são constituídos por três
capas, sendo duas capas tetraédricas e uma octaédrica do tipo 2:1, cuja estrutura é
mostrada na Figura 2.4. São classificadas de acordo com a localização e os tipos de
cátions presentes na estrutura cristalina. Quando todos esses sítios são ocupados por
cátions, o filossilicato é chamado trioctaédrico. Quando somente dois terços são
ocupados por cátions, trata-se de um filossilicato dioctaédrico. Neste grupo, o
principal argilomineral dioctaédrico é a montmorilonita, a qual apresenta como
principal característica a capacidade de absorver moléculas de água, produzindo uma
marcante dilatação de sua estrutura (BARBA, 1997).
(iii) grupo das ilitas - também denominadas de minerais micáceos ou mica hidratada, o
argilomineral ilita apresenta uma estrutura cristalina semelhante à da montmorilonita,
a diferença é que existe uma substituição maior do alumínio por silício (SANTOS,
1989). Como conseqüência desta substituição, as camadas estruturais são rigidamente
ligadas e não se expandem, tendo distância interplanar basal de 10Å (Figura 2.3).
(iv) grupo das cloritas - as cloritas são argilominerais cuja estrutura cristalina é
constituída por quatro capas, sendo duas tetraédricas e duas octaédrica, do tipo
T:O:T:O, conforme Figura 2.3.
(v) grupo da vermiculita - a vermiculita é um filossilicato que pode ser considerado
como micas trioctaédricas que sofreram um “inchamento” com a substituição do Si4+
por Al3+ nas camadas tetraédricas, e o Fe
3+
+
e Al
3+
para substituições de Mg
2+
nas
camadas octaédricas. Esta argila é constituída por lamelas ou placas de perfil
hexagonal, devido ao arranjo hexagonal das unidades constituintes das folhas de
silicato e de hidróxido de alumínio, em que cada partícula monocristalina é formada
pela superposição de um certo número de camadas de estrutura e espessura bem
definidas, separadas por intervalos denominados espaços interfoliares. Cada camada,
por sua vez, é composta por duas folhas de tetraedros, entre as quais se liga uma folha
octaédrica. O espaço interfoliar é ocupado por cátions hidratados que têm a função de
neutralizar as cargas elétricas geradas pelas substituições isomórficas que ocorrem na
estrutura do mineral. Os cátions interfoliares mais comuns encontrados em
vermiculitas naturais são magnésio e cálcio, e podem ser facilmente trocados por
potássio, sódio, rubídio, césio, lítio e amônio (CHUI, 2005). Com isso, as vermiculitas
são, entre os argilominerais, as que apresentam maior capacidade de troca de cátions,
sendo muito utilizadas nas cerâmicas avançadas.
Figura 2.3: Estrutura dos principais argilominerais.
Fonte: Adaptada Dutra (2007, p. 28).
Os argilominerais interestratificados são minerais compostos formados por uma
alternância de diferentes argilominerais, presentes na maior parte dos sedimentos de argilas.
As principais interestratificações ocorrem entre os argilominerais ilita, biotita,
montmorilonita, vermiculita, clorita e caulinita; quando envolvem três ou mais espécies,
constituem-se em amostras difíceis de serem identificadas na difração de raios X.
2.3.2.2 Fração não-argilosa
A fração não-argilosa, representada pelos minerais acessórios, segundo Barba (1997),
é formada pela sílica, carbonatos, feldspatos, compostos de ferro e titânio, sais solúveis e
matéria orgânica.
A sílica se apresenta na maior parte das variedades de argilas em forma de quartzo,
sendo um dos minerais mais abundantes da crosta terrestre. Durante a preparação da massa
cerâmica, a elevada quantidade de quartzo tende a diminuir a plasticidade da massa, enquanto
que na etapa de conformação, o quartzo tende a aumentar a permeabilidade da peça,
facilitando, posteriormente, o processo de secagem da peça. Contudo, a principal
característica das argilas com elevado percentual de quartzo é o aumento do coeficiente de
dilatação da peça.
Dependendo do tamanho das partículas, o quartzo tende a aumentar ou não a
refratariedade da massa cerâmica na etapa de queima, uma vez que tamanhos grandes
diminuem a reatividade, atuando como material inerte, enquanto que, tamanhos pequenos de
quartzo tendem a fundir e reagir com os outros constituintes da massa. Normalmente,
elevadas quantidades de quartzo diminui a resistência mecânica do material (BARBA, 1997).
Os carbonatos frequentemente encontrados nas argilas é a calcita (CaCO
3
), a
magnesita (MgCO
3
) e a dolomita (MgCa(CO
3
)
2
) (BARBA, 1997). Em geral, os carbonatos
regulam a porosidade da peça cerâmica e proporcionam um mais amplo intervalo de queima,
com também reduzem a expansão por umidade dos materiais. Com a redução do tamanho de
partículas é possível reduzir a temperatura de decomposição dos carbonatos e aumentar a
reatividade da massa.
Os feldspatos são aluminosilicatos de sódio, cálcio, potássio e bário, com diferentes
tipos de ordenamento, dentre os quais os principais são: albita (NaAlSi
3
O
8
), arnotita
(CaAl
2
Si
2
O
8
) e ortoclasse (KAlSi
3
O
8
). Os feldspatos são encontrados em maiores quantidades
em argilas residuais e raramente em argilas sedimentares. São grupos mineralógicos muito
abundantes na crosta terrestre, constituindo frequentemente 50 % de muitas rochas,
aparecendo misturados, principalmente, com quartzo. (BARBA, 1997). Os feldspatos são
constituídos de um retículo tridimensional formados por SiO
4
, sendo que alguns destes
retículos podem estar preenchidos por AlO
4
, o que ocasiona um desbalanceamento de cargas
quando o Si
4+
é substituído pelo Al
3+
. Para compensar este desequilíbrio e ocupar os grandes
espaços existentes neste retículo, entram os alcalinos Na
+
e K
+
e o alcalino terroso Ca
2+
(BORBA, 1996).
A matéria orgânica, também denominada de matéria carbonosa está presente nas
argilas em proporções muito variadas, em função da origem e característica da jazida. A
matéria orgânica influi sobre diferentes características e propriedades das argilas,
proporcionando a argila uma cor que varia de cinza ao preto em função do seu conteúdo
(BARBA, 1997).
Argilas naturais podem conter como impurezas diversos tipos de óxidos de ferro
cristalinos ou amorfos, tais como: hematita (α-Fe
2
O
3
), goetita (α-FeOOH) e lepidocrocita (γ-
FeOOH), além de outras formas combinadas, como a magnetita (FeO.Fe
2
O
3
) e a ilmenita
(FeO.TiO
2
) (LEITE, 2000).
A fração não-argilosa atua nas fases de conformação e secagem da peça, diminuindo a
retração e favorecendo a secagem. Na fase do processamento térmico, esta fração da argila
desempenha o papel mais relevante, controlando as transformações, deformações e a
sinterização. Devido principalmente ao seu papel na fase de queima, os materiais não
plásticos são ainda qualificados de inertes, vitrificantes e fundentes (MOTTA, 2002),
dependendo da temperatura de queima. Por exemplo: o feldspato, por natureza, é uma
matéria-prima fundente. No entanto, se comporta como inerte se a temperatura de queima for
inferior a 1100 ºC (FACINCANI, 1993).
As matérias-primas fundentes têm como função aumentar a cinética de sinterização,
por meio da formação de fase líquida viscosa, de modo a adequar as características finais do
produto a um ciclo de queima industrial (BORBA, 1996). Segundo Riella (2002), a
importância de um material fundente na massa cerâmica está relacionada com sua capacidade
de diminuir a temperatura de formação de fase líquida durante o processo de queima. Este
líquido formado tende a preencher as cavidades do corpo cerâmico, dependendo da sua
viscosidade, eliminando assim a porosidade. Os elementos mais eficientes para promover a
formação de fase líquida são os óxidos alcalinos (Na
2
O e K
2
O) e os alcalino-terrosos (CaO e
MgO).
3 FATORES QUE INTERFEREM NA PROTEÇÃO RADIOLÓGICA
O presente capítulo faz uma revisão dos principais assuntos referentes ao tema do
trabalho. Inicialmente, são descritos os princípios gerais de radioproteção, proteção
radiológica e as características dos raios X, assim como sua produção, interação com a
matéria, grandezas, unidades dosimétricas e seus efeitos biológicos. Em continuidade ao
capítulo, são tratados temas de segurança e proteção radiológica para o licenciamento e
fiscalização de instalações em radiodiagnóstico. No final deste, serão apresentados conceitos,
materiais aplicados à proteção radiológica e a metodologia de cálculo de barreiras de proteção
de acordo com o NCRP 147 (NATIONAL COUNCIL, 2004).
3.1 PRINCÍPIOS GERAIS DE RADIOPROTEÇÃO
As recomendações da Comissão Internacional de Proteção Radiológica (ICRP),
publicação nº 26 de 1977 e publicação nº 60 de 1990, servem de base para as normas de
proteção radiológica atualmente utilizadas no Brasil. A radioproteção está fundamentada em
três princípios básicos:
• Justificação: nenhuma prática que envolva exposição à radiação deve ser adotada a
menos que produza um benefício líquido positivo ao indivíduo exposto ou à
sociedade.
• Otimização: Consiste em considerar qual a melhor forma de utilizar os recursos para
reduzir os riscos da radiação para os indivíduos e para a população. Todas as
exposições às radiações devem ser tão baixas quanto razoavelmente exeqüíveis,
levando-se em conta fatores sociais e econômicos. A aplicação desse princípio requer
a otimização da proteção radiológica em todas as situações onde possam ser
controlados por medidas de proteção, particularmente na seleção, planejamento de
equipamentos, operações e sistemas de proteção. Os esforços envolvidos na proteção e
o detrimento da radiação podem ser considerados em termos de custos; desta forma
uma otimização em termos quantitativos pode ser realizada com base numa análise
custo-benefício.
• Limitação da dose individual: As doses individuais de trabalhadores e de indivíduos
do público não devem exceder os limites anuais de equivalente de dose efetiva
estabelecidos na Norma CNEN-NE-3.01 (COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA
NUCLEAR 1988), que estabelece: Trabalhadores: 50 mSv/ano; Indivíduos do público:
1 mSv/ano.
3.2 PROTEÇÃO RADIOLÓGICA
A proteção radiológica em radiologia diagnóstica visa fundamentalmente fornecer
condições de trabalho seguro aos radiologistas e técnicos de raios X, conscientizar os
radiologistas e técnicos da necessidade de utilizar técnicas radiográficas que permitam uma
redução de dose de radiação nos pacientes e indivíduos do público e impedir, através de
materiais atenuadores, a incidência de radiação nas vizinhanças do setor de radiologia em
níveis superiores aos estabelecidos por normas técnicas. (FRIMAIO, 2006).
Os aparelhos de raios X de um serviço radiológico devem ser, sempre que possível,
instalados em uma mesma área. As salas devem ter dimensões compatíveis com uso dos
equipamentos e com a movimentação da equipe e dos pacientes. O painel de controle do
aparelho de raios X deve estar situado em uma posição onde seja possível ver e falar com o
paciente. As portas das salas de raios X devem ser sinalizadas de modo a evitar a entrada
inadvertida de pessoas, com conseqüente exposição desnecessária (MASHI, 2008).
A prática da proteção radiológica é um aspecto especial do controle dos perigos para a
saúde do homem e do seu ambiente contra possíveis efeitos indevidos causados pela radiação
ionizante CNEN/NE – 3.01 (COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR, 1988).
No ambiente industrial, o primeiro procedimento habitual a se implementar é a eliminação do
perigo. Se não é possível eliminá-lo, deve-se tentar isolá-lo. Se ambas as técnicas falharem,
então é necessário proteger o trabalhador. A maneira exata de como se aplicam esses
princípios gerais depende de cada situação em particular (SCAFF, 1979).
A radiação externa se origina de máquinas de raios X e de outras fontes especialmente
designadas para produção de radiação, e a exposição de pessoas a essas fontes de radiação
ionizante deve ser submetida à aplicação de uma ou mais das seguintes técnicas (CEMBER,
1996):
• Limitação do tempo de exposição;
• Maximização da distância da fonte de radiação;
• Blindagem da fonte de radiação.
3.2.1 Limitação do tempo de exposição
No ambiente de trabalho, onde existe uma fonte de radiação ionizante, com uma
determinada taxa de dose, verifica-se que a dose acumulada por uma pessoa exposta a essa
radiação, nesse ambiente, é diretamente proporcional ao tempo que ela permanece na área e
pode ser controlada pela limitação desse tempo. A restrição do tempo de exposição é
necessária para que o indivíduo exposto à radiação ionizante não exceda o valor máximo de
dose admitido, fazendo com que o trabalho seja realizado de acordo com os critérios de
segurança do ponto de vista da radioproteção (ALMEIDA JR., 2005).
3.2.2 Distância da fonte de radiação
A exposição à radiação decresce com o inverso do quadrado da distância entre a fonte
e o alvo (CEMBER, 1996). Assim, a maximização da distância da fonte de radiação é uma
providência que visa proteger o homem, reduzindo o nível de radiação ao qual estaria sujeito.
3.2.3 Blindagem da fonte de radiação
A redução do nível de radiação ionizante, em um ambiente onde existe uma fonte de
radiação, é alcançada através da blindagem dessa fonte (CEMBER, 1996). Entretanto, a
eficiência da blindagem da instalação depende, dentre outros fatores, do material a ser
utilizado e do tipo de radiação emitida pela fonte.
3.3 INTERAÇÃO DOS RAIOS X COM A MATÉRIA
Quando um feixe de raios X atravessa um material seus fótons podem interagir com os
átomos de diferentes maneiras. Os fatores que afetam as interações da radiação com a matéria
são: a densidade, a espessura, o número atômico do material e a energia do fóton incidente
(FRIMAIO, 2006). A figura 3.1 mostra esquematicamente a passagem de um fóton pelo
material.
Figura 3.1: Representação esquemática da interação da radiação com o meio.
Fonte: Adaptada Barros (2001, p.13)
A dosimetria das radiações baseia-se no estudo da interação dos mais variados tipos de
radiação com a matéria, em particular, com os tecidos biológicos. Os tipos de interação de
fótons com a matéria mais freqüentes são a fotoelétrica, o espalhamento Compton, o
espalhamento coerente e a produção de pares. As interações onde o fóton perde energia (efeito
fotoelétrico e espalhamento Compton) são as únicas que ocorrem na área de radiologia
diagnóstica, uma vez que a produção de pares só ocorre quando a energia do fóton for maior
do que 1,02 MeV (EVANS, 1982).
Todos os processos removem fótons do feixe e, por isso, é dito que eles atenuam o
feixe de raios X. A probabilidade de ocorrência depende da energia do fóton e da composição
do material, estando relacionada com os coeficientes de atenuação. Pode-se dizer que o
coeficiente de atenuação é uma medida indireta da probabilidade de certo tipo de átomo
interagir, através de um determinado processo, com um fóton de dada energia (FRIMAIO,
2006).
Quando se fala apenas em coeficiente de atenuação, sem especificar o processo de
interação, considera-se o coeficiente de atenuação resultante, que é o somatório dos
coeficientes de atenuação de cada processo. A atenuação dos raios X pela matéria se dá pelos
efeitos de espalhamento e absorção de energia. Em um exame diagnóstico são utilizados
feixes de raios X com tensões inferiores a 150kV, e, nestas condições, a radiação é espalhada
devido aos efeitos coerente e Compton, enquanto que a absorção da radiação ocorre devido ao
efeito fotoelétrico (COSTA, 1999).
A atenuação que um feixe monocromático de raios X sofre ao atravessar uma lâmina
de espessura x é calculada através da equação dada por:
x
x
eII
µ
−
=
0
, (3.1)
onde:
I
x
é a intensidade do feixe emergente da espessura x;
I
0
é a intensidade do feixe incidente no material; e
µ é o coeficiente de atenuação do material para a energia do feixe monocromático.
Quando a espessura apresentar dimensão de comprimento (L), o coeficiente será de
atenuação linear e apresentará dimensão L
-1
, geralmente dada em cm
-1
. O coeficiente de
atenuação linear representa a probabilidade de ocorrer uma interação por unidade de
comprimento. O produto µx é chamado de absorvância e representa a probabilidade de ocorrer
interação no material de espessura x. A grandeza chamada de transmitância é igual à razão
entre as intensidades I
x
e I
0
, representando a probabilidade de o feixe não sofrer interação ao
atravessar o material de espessura x.
Quando a espessura for dada em termos de densidade superficial de massa, dimensão
ML
-2
, o coeficiente será de atenuação de massa e apresentará dimensão de L
2
M
-1
, geralmente
dada em cm
2
/g (ATTIX, 1986; JONHS; CUNNINGHAN, 1974). A equação (3.2) estendida
para um espectro de raios X é representada como:
∫
−
= dEeENI
xE
x
)(
)(
µ
, (3.2)
onde:
N(E) representa o espectro de raios X incidente;
x é a espessura do material; e
µ(E) é o coeficiente de atenuação linear do material.
3.3.1 Efeito fotoelétrico
No processo de absorção da radiação por efeito fotoelétrico, o fóton incide sobre um
elétron de uma camada atômica interna e transfere toda sua energia a este elétron. O elétron
ejetado, ou fotoelétron, emerge com energia cinética transferida do elétron de tal maneira que:
LC
EhE
−
=
ν
, (3.3)
onde:
E
c
é a energia cinética do elétron ejetado;
hν é a energia do fóton incidente; e
E
L
é a energia de ligação do elétron
Os elétrons ejetados são chamados de fotoelétrons e, quando um destes deixa o átomo
é criada uma lacuna na camada correspondente. A lacuna é imediatamente preenchida por um
elétron que provem de uma órbita mais externa e que tem, conseqüentemente, menor energia
de ligação (FRIMAIO, 2006).
Portanto, para que o efeito fotoelétrico ocorra é necessário que a energia do fóton seja
maior que a energia de ligação do elétron. Como há ionização e o átomo fica excitado, esta
excitação é eliminada pelo preenchimento da vaga criada pelo elétron ejetado por um elétron
de outra camada, e assim sucessivamente (BARROS, 2001). A figura 3.2 mostra um esquema
do efeito fotoelétrico.
Figura 3.2: Representação esquemática do efeito fotoelétrico.
Fonte: Adaptada Barros (2001, p.14)
3.3.2 Espalhamento Coerente
O nome espalhamento coerente é dado àquelas interações em que a radiação sofre uma
mudança na direção sem mudar o comprimento de onda, ou seja, sem variação de energia. Por
essa razão, utiliza-se o termo "espalhamento não modificado". A figura 3.3 mostra o
espalhamento coerente (BARROS, 2001).
Figura 3.3: Representação esquemática do espalhamento coerente.
Fonte: Adaptada de Barros (2001, p.14).
Existem dois tipos de espalhamento coerente: o espalhamento Thomson que
corresponde à interação com elétrons livres do meio absorvedor em que um fóton de baixa
energia é absorvido pelo elétron, vibra e, por ser uma partícula carregada, emite radiação no
mesmo comprimento de onda e o espalhamento Rayleigh que envolve todos os elétrons do
átomo. Neste tipo de espalhamento, a radiação de baixa energia encontra os elétrons de um
átomo e coloca-os numa vibração com a mesma freqüência do fóton. Os átomos vibram e
perdem a energia em forma de radiação, voltando assim a seu estado anterior (BARROS,
2001).
3.3.3 Espalhamento Compton
No efeito Compton, o fóton interage com um elétron relativamente livre do átomo, e
parte da energia da radiação incidente é transferida para o meio irradiado. Neste tipo de
interação, uma fração da energia do fóton incidente, E, é fornecida a um elétron, que recua
após a colisão, sendo dada por:
`
ν
ν
hhE
−
=
(3.4)
onde:
hν é a energia do fóton incidente; e
hν ' é a energia do fóton espalhado (FRIMAIO, 2006).
A figura 3.4 ilustra este conceito.
Figura 3.4: Diagrama esquemático do efeito Compton.
Fonte: Adaptada de Barros (2001, p.15).
1
1
Um fóton incidente com energia e atinge um elétron, inicialmente em repouso. Após o choque, este elétron adquire energia T e aparece um
fóton espalhado com energia E’.
Como no espalhamento Compton o fóton interage com elétrons que são considerados
livres, esse processo é independente do número atômico, e todos os materiais, através do
espalhamento Compton, irão absorver a mesma quantidade de energia por elétron. Como
todos os materiais apresentam praticamente o mesmo número de elétrons por unidade de
massa, todos eles apresentarão o mesmo coeficiente de atenuação de massa para o
espalhamento Compton (JONHS; CUNNINGHAM, 1974).
Quanto maior for à energia dos fótons, menor será a probabilidade de ocorrência do
efeito fotoelétrico, e o efeito Compton torna-se o mais importante. Em radiologia, a maior
parte da radiação espalhada é proveniente do efeito Compton (BARROS, 2001).
3.4 PRODUÇÃO DE RAIOS X
3.4.1 Os Raios Roentgen
Em 1895, o cientista alemão e professor de Física Wilhelm Konrad Roentgen
trabalhava com descargas elétricas numa ampola de Crookes (onde foram descobertos, pela
primeira vez os raios catódicos), quando constatou que da região do vidro, onde incidiam os
raios catódicos emanava uma certa radiação, provocando luminosidade em substâncias
fluorescentes. Roentgen (1895) verificou, ainda, que se os raios catódicos fossem dirigidos
para um anteparo metálico, o mesmo efeito se observava. Isto é, a região em que incidiam os
raios catódicos (elétrons) emitia certos raios que, por apresentarem origem e características
desconhecidas, foram chamados de raios X. Semanas após a descoberta, jornais já publicavam
artigos descrevendo os efeitos dos misteriosos raios (ARCHER, 1995).
IRD (1999 apud Roentgen 1895), fez uma série de observações acerca dos raios X e
concluiu que:
• Causam florescência em certos sais metálicos;
• Enegrecem placas fotográficas;
• São radiações tipo eletromagnética, pois não sofrem desvio em campos elétricos
ou magnético;
• Produzem radiações secundárias em todos os corpos que atravessam;
• Propagam-se em linha reta (do ponto focal) para todas direções;
• Atravessa o corpo tanto melhor quanto maior for a tensão no tubo (kV).
3.4.2 Equipamentos de raios X
Os aparelhos de raio X são identificados de acordo com sua capacidade de produção de
raios X e com as aplicações para as quais são projetadas. Os equipamentos normalmente
operam numa mesma faixa de tensão que vai de 40 a 150 kVp e a corrente do tubo é de 25 a
1200 mA. Os aparelhos de raios X terapêuticos operam com voltagens variáveis, porém a
corrente do tubo não passa de 20 mA.
Os aparelhos de raios X possuem três componentes principais: o tubo de raio X,
gerador de alta voltagem, e o painel de controle. Com exceção de aparelhos portáteis e
odontológicos, onde os três componentes são montados de maneira compacta, o gerador e o
tubo de raios X ficam localizados na sala de exames, o painel de controle fica localizado
numa sala adjunta protegida, onde um visor (janela) de vidro pumblífero permite a observação
do paciente durante o procedimento radiográfico. É no painel de controle que o operador
controla a tensão e a corrente do tubo, bem como o tempo de irradiação, de maneira a obter a
quantidade e a penetração necessária a uma radiografia de boa qualidade (INSTITUTO DE
RADIOPROTEÇÃO E DOSIMETRIA, 1999).
3.4.2.1 Tubo de raios X
O tubo de raios X é constituído por uma ampola de vidro com vácuo e possui dois
eletrodos. Os raios X, desde sua descoberta, têm sido amplamente utilizados na medicina,
odontologia, indústria e em pesquisas científicas. São produzidos por conversão de energia
quando um feixe de elétrons de grande velocidade é desacelerado em um anodo (alvo) de um
tubo de raios X. Os eletrodos são projetados para que os elétrons produzidos no catodo
(eletrodo negativo ou filamento) possam ser acelerados por uma diferença de potencial alta
em direção ao anodo (eletrodo positivo ou alvo). Os elementos básicos de um tubo de raios X
são mostrados na figura 3.5.
(a)
(b)
Figura 3.5: Esquema de funcionamento dos tubos de raios X. (a) Tubo de raios X de anodo
giratório; (b) Tubo de raios X de anodo fixo.
Fonte: Adaptada de Barros (2001, p.8)
Os raios X são ondas eletromagnéticas e, portanto, sua velocidade de propagação
corresponde a 3.108 m/s, no vácuo.
No caso da utilização dos raios X para fins radiodiagnósticos, uma pequena fração dos
raios X produzidos no anodo é utilizada para a formação de imagem, pois cerca da metade é
absorvida no próprio anodo e a outra parte não é emitida em direção à janela de saída do
feixe, sendo atenuada na blindagem de chumbo ao redor do tubo de raios X. A ampola de
vidro e o óleo isolante que refrigera o tubo, denominados de filtração inerente do tubo,
absorvem os raios X de baixas energias. Esta filtração pode ser aumentada com a adição de
placas de alumínio na saída do feixe, constituindo a filtração adicional (BUSHBERG et
al.,1994; DE VOS, 1995).
3.4.3 Interação elétron-alvo
Os equipamentos de raios X foram planejadas de modo que um grande número de
elétrons são produzidos e acelerados para atingirem um anteparo sólido (alvo) com alta
energia cinética. No tubo de raios X, os elétrons obtém alta velocidade pela tensão (alta
voltagem) aplicada entre o anodo e catodo.
De acordo com o Instituto de Radioproteção e Dosimetria (1999), os elétrons que
atingem o alvo interagem com o mesmo, transferindo suas energias cinéticas para os átomos
do alvo. Estas interações ocorrem a pequenas profundidades de penetração dentro do alvo. Os
elétrons interagem com qualquer elétron orbital ou núcleo dos átomos do alvo. As interações
resultam na conversão de energia cinética térmica em energia eletromagnética (raios X).
3.4.4 Produção de calor
A maior parte da energia cinética dos elétrons é convertida em calor, através de
múltiplas colisões com os elétrons dos átomos do alvo.
Após várias interações (ionização), é gerada uma cascata de elétrons de baixa energia.
Estes elétrons não possuem energia suficiente para prosseguir ionizando os átomos do alvo,
mas conseguem excitar os elétrons das camadas mais externas, os quais retornam ao seu
estado normal de energia emitindo radiação infra-vermelho. Cerca de 99% da energia cinética
dos elétrons incidentes é transformada em calor e cerca de 1% produz radiação. A produção
de calor do anodo no tubo de raios X aumenta com o aumento da corrente do tubo.
Duplicando o valor da corrente, duplica-se a quantidade de calor. A eficiência de produção de
raios X independe da corrente do tubo e aumenta com a energia do projétil (INSTITUTO...,
1999).
3.5 MECANISMOS DE PRODUÇÃO DE RAIO X
Existem dois mecanismos de produção de raios X, dependendo do tipo de interação
entre os elétrons e o alvo, as interações inelásticas (interações que conduzem à perda de
energia dos elétrons em um dado meio) que podem fornecer um espectro característico, ou de
linhas de raios X, e um espectro contínuo de raios X (BARROS, 2001).
3.5.1 Radiação de Freamento
O processo envolve um elétron passando bem próximo a um núcleo do material do
alvo. A atração entre o elétron carregado negativamente e o núcleo positivo faz com que o
elétron seja desviado de sua trajetória perdendo parte de sua energia. Esta energia cinética
perdida é emitida na forma de um raio X, que é conhecido com “bremsstrahlung” ou a
radiação de freamento (INSTITUTO..., 1999).
Figura 3.6: Formação de raios-X de bremsstrahlung.
Fonte: Adaptada: http://www.cultura.com.br/radiologia/trabalho/noseasiv/noseaiv.htm
Quanto mais próximo o elétron passar do núcleo, mais fortemente será defletido de sua
trajetória inicial, transformando sua energia cinética em fótons de raios X.
3.5.2 Raios X Característico
A produção de raios X característicos ocorre quando um elétron, com energia cinética
E
o
, interage com um elétron de uma camada interna de um átomo do alvo, transferindo uma
energia ∆E suficiente para superar a energia de ligação do elétron no orbital e para ejetá-lo
fora do átomo, que se torna ionizado. A figura 3.7 mostra a produção de raios X
característicos.
No arranjo, surge radiação X, chamada de característica, porque seus valores são
discretos e característicos de cada elemento. Esta radiação forma o espectro característico ou
de linhas dos raios X. Para tensões aplicadas entre 80 e 150kVp, pode-se dizer que a radiação
característica contribui com aproximadamente 10% do total dos raios X produzidos pelos dois
mecanismos.
Para tensões maiores, a contribuição do espectro de linhas torna-se muito pequena e
negligenciável (SCAFF, 1997).
Figura 3.7: Ilustração dos raios X característicos.
Fonte: Adaptada de Barros (2001, p.9)
3.6 GRANDEZAS E UNIDADES DOSIMÉTRICAS BÁSICAS
Na utilização das radiações ionizantes, uma das questões iniciais é como realizar uma
medição de grandezas utilizando a própria radiação ou os efeitos e subprodutos de suas
interações com a matéria (CEMBER, 1996).
3.6.1 Atividade
A atividade de um material radioativo é definida como sendo o número de
transformações nucleares que ocorrem em uma dada amostra, por unidade de tempo.
NA
λ
=
, (3.5)
omde:
N: número de átomos radioativos, contido na amostra ou material.
λ= ln 2 /T
1/2
(constante de desintegração)
T
1/2
: tempo de meia-vida (é o intervalo de tempo necessário para que a atividade inicial de um
radioisótopo decresça à metade)
A unidade adotada pelo Sistema Internacional (SI) para a Atividade é o becquerel
(Bq), que corresponde a uma desintegração radioativa por segundo (ALMEIRA JR., 2005).
3.6.2 Exposição
É uma grandeza que mede a quantidade de ionização pela radiação X. É definida em
um certo ponto pela expressão:
dm
dQ
X =
, (3.6)
onde dQ é a soma de todas as cargas de mesmo sinal criadas no ar quando todos os elétrons
(positivos e negativos), liberados por fótons em um elemento de volume de ar de massa dm,
são completamente freados no ar.
A unidade SI de exposição é o coloumb por quilograma. A unidade antiga unidade
especial de exposição, mas usada ainda, é o Roentgen (R), onde 1R= 2,58 x 10
-4
C/kg
(INSTITUTO DE RADIOPROTEÇÃO E DOSIMETRIA, 1999).
3.6.3 Kerma no ar
Kerma (kinetic energy released in matter) é definido como sendo a soma das energias
cinéticas iniciais (dE) de todas as partículas carregadas liberadas por partículas neutras ou
fótons, incidentes em um material de massa (dm).
dm
dE
K = , (3.7)
O kerma tem dimensões de energia por unidade de massa e se exprime por gray (Gy),
sendo: 1 Gy = 1 J/kg (ALMEIDA JR., 2005).
3.6.4 Dose Efetiva
De acordo com a lei básica da radiobiologia, elaborada por J. Bergonié e L.
Tribondeau (1979), a radiossensibilidade das células é diretamente proporcional à sua
atividade reprodutiva e inversamente proporcional ao seu grau de diferenciação (SCAFF,
1997). Assim, com o objetivo de comparar o dano biológico devido a uma exposição não
uniforme, com o dano causado por uma exposição uniforme (corpo inteiro), a ICRP na sua
publicação n° 60 de 1990, definiu a dose efetiva (E) para vários tecidos e órgãos do corpo,
como sendo:
WTHTE
=
, (3.8)
sendo:
WT : é o fator de ponderação para órgãos ou tecidos.
HT : é a dose equivalente (equivalent dose) no tecido ou órgão. A unidade de dose efetiva no
SI é a mesma da dose equivalente HT.
3.6.5 Dose absorvida
A unidade de dose absorvida no Sistema Internacional é o joule por quilograma e
recebe também o nome especial de gray (Gy). Muitos ainda utilizam a unidade antiga de dose
aborvida, o rad, sendo 100 rad = 1Gy. A dose absorvida no ar devida a uma exposição de 1R é
igual a 0,87 rad.
A dose absorvida é a quantidade de energia depositada (dE) pela radiação ionizante em
qualquer meio, por unidade de massa (dm) do material absorvedor. E expressa por:
dm
dE
D = , (3.9)
No SI, a unidade de dose absorvida é o gray (1Gy = 1J/kg) (ALMEIDA JR., 2005).
3.6.6 Dose Equivalente
A dose absorvida média em um órgão ou tecido é um indicador da probabilidade de
efeitos subseqüentes. Entretanto, esta probabilidade é dependente da qualidade da radiação.
Diferentes tipos de radiação podem produzir diferentes efeitos biológicos (para a mesma dose
absorvida). Foi, portanto, necessária à introdução de uma nova grandeza que pudesse
ponderar esta dependência com a qualidade da radiação, a dose equivalente.
A dose equivalente no tecido ou órgão, H
T
, em um órgão ou tecido T devido à
radiação R é dada por:
TRWRT
DEH
=
, (3.10)
onde: D
TR
é a dose absorvida media no tecido ou órgão T, para uma dada radiação R e w
R
é o
fator de peso da radiação.
A unidade da dose equivalente no SI é o joule por quilograma que recebe o nome
especial de sievert (Sv), para não confundir com a dose absorvida (INSTITUTO…, 1999).
3.7 EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO IONIZANTE
Há muitos anos verificou-se que as radiações ionizantes produziam danos biológicos
nos seres vivos. Os primeiros casos de dano ao homem (dermatites, perda de cabelo, anemia)
foram relatados na literatura logo após a descoberta dos raios X. Foi somente após a segunda
Guerra Mundial, em virtude das explosões nucleares nas cidades japonesas de Hiroshima e
Nagazaki e do uso cada vez maior de radionuclídeos nos mais variados setores de atividade,
que se estudou com mais detalhes os efeitos produzidos por doses repetidas de radiação a
longo prazo (BELLINTAN; GILI, 2002).
3.7.1 Interação da radiação com as células
No processo de interação da radiação com a matéria ocorre uma transferência de
energia que pode provocar excitação ou ionização de átomos, com a conseguinte alteração das
moléculas a que eles pertencem. Se as moléculas afetadas estão em uma célula viva, esta pode
ser danificada. Dos vários danos que a radiação pode causar nas células, o mais importante é o
que ocorre no DNA. Este dano é freqüentemente reparado pela própria célula, não ficando
qualquer seqüela. Entretanto, quando o dano não é reparado adequadamente, pode ocorrer a
morte da célula, a incapacidade de se reproduzir ou a sua transformação em uma célula viável
porém modificada (INSTITUTO..., 1999).
3.7.1.1 Efeitos Determinísticos
A morte de um pequeno número de células de um tecido, resultante da exposição à
radiação, não traz normalmente conseqüência clínica observável. Para os indivíduos
saudáveis, dependendo do tecido irradiado, nenhum indivíduo apresentará dano para doses de
até centenas ou milhares de milisieverts. Acima de um valor de dose (limiar) o número de
indivíduos injuriados aumentará rapidamente até atingir o valor unitário (100%).
Nos efeitos determinísticos, a severidade do dano produzido aumenta com a dose a
partir do limiar, se o tecido atingido é vital e o dano suficientemente grande, pode ocorrer
morte do indivíduo. A Tabela 3.1 mostra os limiares de dose absorvida e os efeitos
determinísticos para os órgãos mais sensíveis à radiação para diferentes condições de
exposição (INSTITUTO..., 1999).
Tabela 3.1: Doses associadas aos efeitos determinísticos letais para exposição de corpo inteiro
de radiação X.
Dose Absorvida de corpo
inteiro (Gy)
Principal dano que
contribui para a morte
Tempo de vida após a
exposição (dias)
3-5 Danos na medula óssea 30-60
5-15
Danos gastro-intestinais e
pulmonares
10-20
>15 Danos no sistema nervoso 1-5
3.7.1.2 Efeitos estocásticos
Podem ocorrer a partir do dano produzido em uma única célula, apesar dos
mecanismos de reparo e de defesa do organismo que inibem a sobrevivência do clone de
células modificadas que gera o câncer. A probabilidade do câncer induzido pela radiação
aumenta com a dose sem, provavelmente, nenhum limiar. A severidade de um determinado
câncer não é afetada pela dose, mais sim, pelo tipo e localização da condição maligna
(INSTITUTO DE RADIOPROTEÇÃO E DOSIMETRIA, 1999).
3.8 REQUISITOS DE SEGURANÇA E PROTEÇÃO RADIOLÓGICA PARA O
LICENCIAMENTO E FISCALIZAÇÃO DE INSTALAÇÕES EM RADIODIAGNOSTICO
3.8.1 Autoridades Regulatórias em Proteção Radiológica no Brasil
Em radioproteção, a aplicação dos regulamentos constitui um pré-requisito para a
utilização de fontes de radiação. As autoridades competentes de cada país devem estabelecer
as regras necessárias aplicáveis para as práticas, instalações, fontes e equipamentos de
radiação, como também para profissionais, indivíduos do público e meio ambiente em função
do grau de risco associado.
No Brasil, as atividades de controle regulatório no uso e aplicações de fontes
radioativas estão a cargo da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN). Compete à
CNEN as atividades regulatórias das instalações nucleares, a emissão de regulamentos
técnicos relativos à proteção radiológica e segurança nuclear, a fiscalização e autorização do
funcionamento de instalações que utilizam produtos radioativos, o controle do comércio
desses produtos, o armazenamento de rejeitos radioativos, entre outras CNEM-NE-3.01,
(COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR, 1988).
A Norma CNEN-NE-3.01 Resolução nº 12, de 1988, estabelece as diretrizes básicas
gerais de proteção radiológica no Brasil a partir do sistema de limitação de doses para
exposições ocupacionais e do público. Também estabelece requisitos para controles básicos,
responsabilidades e atribuições da direção e da supervisão de proteção radiológica em
instalações nucleares e radiológicas. O sistema de limitação de dose adotado integra a
justificação da prática, a otimização da proteção radiológica e a limitação das doses
individuais para trabalhadores e indivíduos do público.
Em conformidade com a legislação nuclear, a CNEN não executa atividades
regulatórias nas instalações de radiodiagnóstico. Entretanto, ciente da vasta utilização dos
raios X na área de radiologia, responsável por mais de 90% das exposições da população às
fontes de radiação ionizante produzidas pelo homem, a CNEN tem desenvolvido competência
técnico-científica e promove desde 1974 várias ações de proteção radiológica nessa área. A
Resolução nº 6, do Conselho Nacional de Saúde (BRASIL, 1988), regulamenta para as
autoridades sanitárias os processos de licenciamento e fiscalização dos estabelecimentos de
saúde públicos e privados de medicina nuclear, radioterapia e radiodiagnóstico, estabelecendo
formalmente uma complementaridade nas ações regulatórias desenvolvidas pela CNEN.
No âmbito da saúde do trabalhador, o Ministério da Saúde e o Ministério do Trabalho
e Emprego exercem atividades regulatórias específicas e consideram, como guia, as normas
de proteção radiológica da CNEN-NE-3.01(COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA
NUCLEAR, 1988) e CNEM-NE-3.05 (COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA
NUCLEAR, 1996). As responsabilidades do Sistema Único de Saúde (SUS) relativas à saúde
do trabalhador incluem as ações de Vigilância Sanitária e Epidemiológica, promoção e
proteção da saúde, recuperação e reabilitação dos trabalhadores submetidos a riscos e agravos
das condições de trabalho (ALMEIDA; ALMEIDA, 1995).
Em 1998, as Diretrizes de Proteção Radiológica para Radiodiagnóstico Médico e
Odontológico foram estabelecidas através da portaria nº 453 (MINISTÉRIO DA SAÚDE,
1998). O escopo e os requisitos estabelecidos nesse regulamento estão baseados nas
recomendações da International Commission on Radiological Protection (1977, 1990 e 1996)
e nas recomendações, da International Atomic Energy Agency (1990).
O Ministério do Trabalho e Emprego instituiu através da Lei nº 6.514, (BRASIL,
1977), as Normas Regulamentadoras, aprovadas pela Portaria nº 3.214 (BRASIL, 1978) em
que foram enquadradas as atividades laborais com radiações ionizantes como perigosas NR-
16 (BRASIL, 1978) e estabeleceu a obrigatoriedade da elaboração e implementação, por parte
de todos os empregadores e instituições que admitam trabalhadores como empregados, do
Programa de Controle Médico de Saúde Ocupacional (PCMSO) NR-7 (BRASIL, 1978), com
o objetivo de promoção e preservação da saúde do conjunto dos seus trabalhadores. Além
disso, obriga a empresa a fornecer aos empregados, gratuitamente, equipamentos de proteção
individual NR-6 (BRASIL, 1978) adequados ao risco e em perfeito estado de conservação e
funcionamento, sempre que as medidas de ordem geral não ofereçam completa proteção
contra os riscos de acidentes e danos à saúde dos trabalhadores.
No âmbito das normas não compulsórias, deve-se destacar o sistema desenvolvido
pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) que, através de seus comitês
específicos formados por representantes das empresas associadas, elabora normas técnicas
brasileiras de caráter voluntário, aplicáveis aos vários segmentos da indústria. Essas normas
seguem os regulamentos e determinações legais do governo e consideram os padrões
internacionais.
3.8.2 Exigências Administrativas e Técnicas para Licenciamento de Instalações de
Radiodiagnóstico Médico e Odontológico
De acordo com a Portaria n°453 (MINISTÉRIO DA SAÚDE, 1998), o licenciamento
de um serviço de radiodiagnóstico deve seguir a aprovação (prévia) de projeto básico estando
condicionada à análise e parecer favorável sobre os seguintes documentos:
a) Projeto básico de arquitetura das instalações e áreas adjacentes, conforme a Portaria n°1884
(MINISTÉRIO DA SAÚDE, 1994) do ou outra que venha a substituí-la, incluindo:
(i) planta baixa e cortes relevantes apresentando o layout das salas de raios x e salas de
controle, posicionamento dos equipamentos, painel de controle, visores, limites de
deslocamento do tubo, janelas, mesa de exame, bucky vertical e mobiliário relevante;
(ii) classificação das áreas de serviço indicando os fatores de uso e os fatores de
ocupação das vizinhanças de cada instalação;
(iii) descrição técnica das blindagens (portas, paredes, piso, teto, etc.) incluindo
material utilizado, espessura e densidade.
b) Relação dos equipamentos de raio x diagnósticos (incluindo fabricante, modelo, mA e kVp
máximas), componentes e acessórios, previstos para as instalações.
c) Relação dos exames a serem praticados, com estimativa da carga de trabalho semanal
máxima, considerando uma previsão de operação de cada instalação por, no mínimo, 5 anos.
d) Planilha de cálculo de blindagem assinada por um especialista em física de
radiodiagnóstico, ou certificação equivalente, reconhecida pelo Ministério da Saúde.
3.8.2.1 Dados Gerais para elaboração de projeto
A planta baixa e cortes deverão estar em escala entre 1:20 a 1:100 e apresentar as
seguintes informações:
• Marca e modelo;
• Utilização (indicação dos tipos de exame que o aparelho pode realizar);
• Tensão máxima do tubo do aparelho (em kV);
• Carga máxima do aparelho (em mAs/h) permitida para a tensão máxima;
• Classificação das barreiras em primárias e secundárias;
• Identificação de áreas controladas e livres;
• Indicação dos usos das áreas adjacentes à sala de raios X;
• Indicação dos fatores utilizados no cálculo das barreiras radiológicas.
A elaboração e a avaliação dos projetos físicos serão de responsabilidade de técnicos
ou firmas legalmente habilitados pelo Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e
Agronomia (CREA). Deve-se anexar junto aos projetos as Anotações de Responsabilidade
Técnica (ARTs), recolhidas na jurisdição onde for elaborado o projeto. A responsabilidade
técnica do autor não cessa na aprovação do projeto respectivo, estando ele sujeito a todas as
normas estipuladas pelo órgão controlador de suas atividades (FRIMAIO, 2006).
A figura 3.8 apresenta um projeto arquitetônico de um ambiente para diagnóstico de
raios X, contendo uma sala para radiografia geral com duas salas para câmaras escura e clara,
sanitário e uma sala para confecção dos laudos.
Figura 3.8: Detalhes arquitetônicos de um ambiente para diagnóstico de raios X.
Fonte: Adaptada NCRP 147 (NATIONAL COUNCIL, 2004, p.75)
a) Classificação das áreas
As áreas onde são utilizadas radiações ionizantes e as respectivas áreas de comando
deverão ser classificadas como áreas controladas e de possuir restrições de acesso. As demais
áreas podem ser classificadas como áreas livres de controle de acesso, no que se refere à
proteção radiológica (INSTITUTO DE RADIOPROTEÇÃO E DOSIMETRIA, 1999).
b) Restrições de dose para áreas controladas e áreas livres
Os projetos devem assegurar os níveis de restrição de dose estabelecidos na Portaria
n°453 (MINISTÉRIO DA SAÚDE, 1998) (Tabela 3.2). Estes níveis de equivalente de dose
ambiente devem também ser utilizados para avaliar a adequação das barreiras através de
levantamento radiométricos (monitoração de área) (INSTITUTO..., 1999).
Tabela 3.2: Simbologia das áreas controladas e livres e os níveis de restrição de dose,
correspondentes.
Restrição por Dose (mSv) Tipo de área
Por Semana Por Ano
Controlada
1
0,10 5
Livre
2
0,01 0,5
1 locais de trabalho em áreas expostas à radiação (sala de exames, sala de comando e compartimentos associados).
2 residências, salas de espera ou locais de trabalho de pessoas que não tenham nenhuma relação com atividade que envolvam radiação, em
campo aberto ou área que não está sob jurisdição da instalação.
3.8.3 Fabricação e uso de vestimentas de proteção individual
A autoridade sanitária deve verificar se o titular da instalação oferece aos profissionais
ocupacionalmente expostos e aos pacientes, as vestimentas de Proteção Individual adequadas.
É necessário que o serviço de radiologia realize testes periódicos de integridade física destas
vestimentas e mantenha os registros dos resultados, para apresentação à fiscalização, quando
requerido. Os fabricantes devem fornecer os certificados das vestimentas, contendo instruções
para uso, valor equivalente em chumbo ou grau de atenuação e instruções para conservação,
inclusive limpeza (INSTITUTO DE RADIOPROTEÇÃO E DOSIMETRIA, 1999).
3.8.4 Papel dos engenheiros
Segundo o Instituto Nacional de Câncer (BRASIL, 2000), os departamentos de
radioterapia devem ser instalados, preferencialmente, em andar térreo, na periferia do
complexo hospitalar, para evitar os problemas de radioproteção que surgem se as salas de
tratamento estiverem próximas aos locais de alta ocupação. Sendo possível, deve ser um bloco
independente e exclusivo e sem ocupação sobre o teto. Construções subterrâneas são
aceitáveis, mas muito caras, e construções acima do térreo não são recomendadas. A situação
em relação ao hospital deve ser tal que facilite a entrada de pacientes ambulatoriais,
proporcionando maior facilidade de interação com os outros serviços hospitalares,
principalmente a locomoção de pacientes internados e os exames complementares.
Depois de definida a área a ser construída, as máquinas e as necessidades do serviço, o
arquiteto, líder do projeto, começa a encaixar todas as peças, detalhando o projeto. Nessa
etapa, é necessária a participação de toda a equipe: médicos, físicos, administração e
engenheiros, que devem assegurar que a construção estará terminada e que todos os requisitos
de pré-instalação exigidos pelos fabricantes estarão executados na chegada dos equipamentos.
Consultas aos fabricantes são extremamente importantes e, a maioria deles, possuem
departamentos de ajuda aos usuários que fornecem todas as informações necessárias. O
projeto de blindagem, incluindo as espessuras das paredes e porta e a posição do labirinto
requer intensa colaboração com o físico, que deverá fornecer um desenho detalhado para ser
usado como base ao projeto final. A partir desse desenho, o arquiteto arranjará as
acomodações para os equipamentos auxiliares e planejará as salas de controle, de espera, de
troca de roupas, recepção e de trabalho.
O papel dos engenheiros é assegurar que a sala do equipamento possa ser construída
da maneira como foi planejada. Deve-se assegurar que o método de construção é tal que não
existirão buracos ou juntas pelas quais a radiação possa escapar, e, que as especificações e os
controles dos materiais, dosagem (composição), densidade, propriedades mecânicas, elásticas
e térmicas são as necessárias e atendem ao projeto.
Junto com a sala de tratamento o engenheiro deve planejar a sala de controle. A
escolha será entre uma sala fechada ou uma aberta. Na primeira, os técnicos e equipamentos
ficam visualmente isolados dos pacientes. Na segunda os técnicos podem realizar suas
atividades e, ao mesmo tempo, supervisionar os pacientes em espera. Nos dois casos é
essencial situar a mesa de controle e equipamentos de modo que se tenha total e permanente
controle de acesso à sala de tratamento e que os pacientes em espera ou outros indivíduos não
possam ver os que estão sendo tratados. Nessa etapa é importante que os técnicos participem
do projeto, já que estão na melhor posição para informar como o departamento trabalha e
quais são suas necessidades.
3.9 CÁLCULO DE PROTEÇÃO RADIOLÓGICA DE BLINDAGENS DE SALAS
RADIOLÓGICAS: CONCEITOS, METODOLOGIAS E MATERIAIS.
3.9.1 Introdução
Todo o processo de cálculo é feito utilizando curvas do tipo logarítmicas (curvas de
atenuação). Este procedimento não é exato, pois depende da qualidade de impressão destas
curvas, da exatidão na leitura feita pelo observador, da aproximação dos resultados e outros
fatores que interferem no resultado final da proteção. Para minimizar este problema, foram
usados alguns conceitos matemáticos já estudados por profissionais da área de radiologia
(SIMPKIN, 1995).
Baseado nos procedimentos de cálculo e no projeto arquitetônico preestabelecido, foi
feita uma hipótese de cálculo para determinar a solução de proteção radiológica médica,
utilizando-se conceitos da NCRP 147/2004 e da metodologia desenvolvida por Archer et al.
(1983).
A metodologia apresentada pelo NCRP 147/2004 consiste no cálculo das espessuras
de materiais atenuantes aos efeitos de raios X, tais como chumbo, concreto, madeira e gesso,
para servirem de barreiras de proteção contra radiação primária (na direção do feixe principal)
e secundária (radiação espalhada pelo paciente e radiação de fuga proveniente do
equipamento).
Para calcular a espessura da barreira de proteção, pode-se determinar a transmissão do
feixe no ponto considerado. Transporta-se este valor para um gráfico já estabelecido de curvas
de atenuação em um dos apêndices do relatório do NCRP 147/2004. Obtém-se em
correspondência, para um dado material, a espessura da barreira necessária para reduzir a
exposição ao valor permissível.
Em 1983, Archer et al. desenvolveram o modelo matemático, chamado de Modelo de
Archer, cujo propósito é ajustar uma função matemática às curvas de atenuação apresentadas
no NCRP 147 (NATIONAL COUNCIL, 2004. Este modelo leva em consideração parâmetros
chamados de α(V), β(V) e γ(V) ,utilizando-se o Método Não-Linear de Mínimos Quadrados.
Archer et al. (1994) publicaram valores de α(V), β(V) e γ(V) para materiais utilizados em
radioproteção com diferentes valores de tensão e retificações monofásicas e trifásicas.
Segundo o National Council on Radiation Protection and Measurements 147 (2004), o
cálculo da barreira pode ser obtido considerando os fatores de uso (U) e ocupação (T), além
da carga de trabalho (W) e a exposição admissível à radiação (P). O valor de P depende de
várias circunstâncias, são elas:
I. em áreas controladas, P = 0,1mSv/sem;
II. fora de áreas controladas, nas quais, para membros de grupos especiais, é
recomendado, P = 0,02mSv/sem;
III. para membros do grupo especial e para indivíduos da população geral, para os
quais é recomendado 0,5Rem/ano, P = 0,01R/sem ≈ 0,01mSv/sem.
3.9.2 Conceitos aplicados à Proteção Radiológica
No planejamento de um setor radiológico de acordo com as recomendações nacionais
e internacionais, além do projeto com as devidas considerações de ordem funcional e do plano
de instalações e obras, deve-se desenvolver, como fator de grande importância, um projeto de
proteção radiológica que será apresentado para a devida aprovação e, posteriormente,
entregue ao usuário das instalações no momento da entrada em funcionamento.
A função da blindagem em ambientes médicos é limitar, ou seja, reduzir as doses de
radiação aos pacientes envolvidos em diagnósticos a níveis tão baixos quanto possíveis,
consistentes com os procedimentos médicos que estão sendo aplicados, minimizar as doses de
radiações das pessoas ocupacionalmente expostas ao serviço, e, finalmente, limitar as doses
de radiação a membros da população em geral, que freqüentam instituições médicas.
Seguem abaixo, algumas definições importantes para a proteção radiológica segundo
Barros (2001):
Radiação Ionizante
Para fins de proteção radiológica, é qualquer partícula ou radiação eletromagnética
que, ao interagir com a matéria biológica, ioniza seus átomos ou moléculas.
Proteção Radiológica
É um conjunto de medidas que visa proteger o homem, seus descendentes e seu meio
ambiente contra possíveis efeitos indevidos causados pela radiação ionizante, também
chamada de radioproteção.
Barreiras de Proteção
São barreiras de material absorvente. Conforme a proteção desejada contra os raios X,
primários ou secundários, são denominadas barreiras primárias ou barreiras secundárias
respectivamente.
Radiação Primária
É a radiação originada diretamente no ponto focal do tubo de raios X, ou na fonte
radioativa.
Radiação Dispersa
É a radiação que não serve para qualquer fim útil, inclusive radiação direta e
secundária de objetos irradiados.
Radiação direta
É toda a radiação saindo do tubo de raios X (com exceção do feixe útil, sendo ela
absorvida em sua maior parte pela cúpula protetora).
Radiação secundária
São raios espalhados por qualquer objeto ao receber radiação mais a radiação de fuga.
Radiação de Fuga ou Vazamento
É toda a radiação, exceto o feixe útil, que emana da câmara que contém a ampola ou a
fonte de radiação.
Para ilustração desses conceitos observe a Figura 3.9. abaixo:
Figura 3.9: Ilustração das radiações primária, espalhada, de fuga e transmitida em uma sala de
radiografia com um paciente posicionado verticalmente em frente ao bucky de tórax.
Fonte:Adaptada NCRP 147 (NATIONAL COUNCIL, 2004, p.10)
Carga de trabalho (W)
É medida em unidades convenientes do montante de utilização da equipe de raios X. É
o somatório dos produtos da corrente pelo tempo (mAs) utilizados na semana. A unidade
utilizada é mA.min/sem para radiação X.
A Tabela 3.3 mostra os valores típicos de carga de trabalho semanal apresentados na
Portaria nº.453 (MINISTÉRIO DA SAÚDE, 1998), que podem ser utilizados como
orientação nos cálculos de barreiras. Outros valores são sugeridos em estudos referentes a
carga de trabalho total (COSTA, 1999).
Tabela 3.3: Valores típicos de carga de trabalho semanal.
Carga de Trabalho EQUIPAMENTO DE
RADIODIAGNÓSTICO
Número de
Pacientes/dia 100 kVp
125 kVp
150 kVp
Unidade de radiografia geral 24 320 160 80
Unidade de radiografia de tórax 60 160 80 -
Tomógrafo computadorizado 24 - 5000 -
Unidade de fluoroscopia
*
24 750 300 -
Unidade de procedimentos
especiais
08 700 280 140
Unidade de radiografia intra-oral
24 430 - -
Unidade de radiografia panorâmica
24 200 - -
Mamógrafo (<50kVp) 24 2000 - -
*
(para unidades sem intensificador de imagem e para telecomandos, multiplicar por 2).
De acordo com Costa (1999), quando o responsável pelo projeto de proteção de uma
sala radiológica inicia os cálculos da espessura de um material protetor que deverá ser
instalado nas barreiras, conta com as seguintes informações:
• Tipo de pessoas (trabalhadores com radiação ou membros do público) e fatores
de ocupação em cada região adjacente, que definirão a quantidade de radiação
que poderá atingir o local durante um período de tempo;
• Arquitetura da sala, com especial atenção às distâncias da fonte às barreiras;
• Carga de trabalho da fonte (e seus fatores de uso), que é proporcional à
quantidade de radiação total gerada na sala e que atinge as barreiras; e
• Tensão de operação do equipamento.
Fator de ocupação (T)
É um fator utilizado para redução dos requisitos de blindagem, determinado pela
estimativa da fração da ocupação por indivíduos na área em questão, durante o período de
operação da instalação. É o fator pelo qual a carga de trabalho deve ser multiplicada para
corrigir o grau ou tipo de ocupação da área considerada. Esse valor deve ser considerado
tomando por base o grau de ocupação médio durante um ano. A Tabela 3.4 mostra os valores
propostos pelo NCRP 147 (NATIONAL COUNCIL, 2004) para fatores de ocupação típicos,
considerando diferentes áreas ocupadas.
Tabela 3.4: Fatores de ocupação definidos pela NCRP 147 (2004) para diferentes tipos de
ocupação.
Local Fator de Ocupação (T)
Escritórios; laboratórios, farmácias e
outras áreas de trabalho ocupadas
inteiramente por pessoas: áreas de
recepção, salas de espera ou atendimento,
áreas recreação infantil, quartos
adjacentes às salas de raios X, áreas de
leitura de filmes, salas de enfermagem e
sala de controle dos equipamentos de raios
X.
1
Quartos usados para exame e tratamento
de pacientes.
1/2
Corredores, quartos dos pacientes, local
dos empregados e sala de descanso da
equipe.
1/5
Portas de corredores. 1/8
Toaletes públicos, áreas de venda por
auto-atendimento, salas de estoque, áreas
ao ar livre com assento, salas de
observação de pacientes.
1/20
Áreas ao ar livre com somente o trânsito
de pedestres ou tráfego veicular,
estacionamento sem manobrista, sótão,
escadas, elevadores sem ascensorista,
vestiário do zelador.
1/40
Os fatores de ocupação (T) foram introduzidos nos cálculos de radioproteção com a
função de ponderar a quantidade de radiação que alcança uma determinada área pela fração
média do tempo que um indivíduo possa ocupar esta área. O fator de ocupação, contudo, não
é a fração do tempo em que a área em questão é ocupada por qualquer pessoa, mas sim a
fração do tempo em que o indivíduo que permanece mais naquela região, fica realmente lá.
Com isso, os níveis de radiação que uma área parcialmente ocupada pode receber
poderão ser superiores aos níveis a que uma área totalmente ocupada possa estar submetida.
Este conceito considera que o funcionamento do equipamento radiológico é distribuído
aleatoriamente no tempo e o fator de ocupação será dado como uma fração de um período
normal de trabalho, ponderado sobre todo o ano (COSTA, 1999).
Fator de uso (U)
É um fator que indica a porcentagem da carga de trabalho semanal para uma
determinada direção de feixe primário de raios X.
A Tabela 3.5 apresenta os valores do fator de uso segundo o NCRP 147 (2004).
Tabela 3.5: Fatores de uso sugeridos para o cálculo de barreira primária.
Barreira Aplicação Fator de Uso (U)
Piso Sala de radiação (piso e outras
barreiras)
1
Oposto a mesa da parede Sala de radiação (piso e outras
barreiras)
0,09
Receptor de imagem de
tórax
Sala de radiação (buck de tórax) 1
Feixe útil
É a parte aproveitável da radiação primária que passa pela abertura da câmara, de um
cone localizador ou de outro meio limitador.
O feixe de radiação primária colimado é chamado de feixe útil. Qualquer estrutura
construída, para qual seja apontado o feixe útil, é chamada de barreira de proteção primária. A
distância do alvo do tubo de raios X a barreira primária é "dp". Paredes, pisos e forros que
somente interceptam radiação espalhada do paciente ou radiação de vazamento do invólucro
da fonte são chamados barreiras de proteção secundária. O paciente, que age como meio
espalhador, está a uma distância de “de” fonte. A figura 3.10 mostra a disposição e as
definições apresentadas acima (BARROS, 2001).
Figura 3.10: Geometria utilizada nas equações derivadas para o cálculo das espessuras das
barreiras de proteção utilizada pelo NCRP 147/2004.
2
Fonte: Adaptada de Barros (2001, p.39).
3.9.3 Limites autorizados e classificação de áreas
Segundo o INCA (BRASIL, 2000), as blindagens de fontes de radiação e as dimensões
da instalação devem ser tais que estejam em conformidade com os limites autorizados pela
CNEN e com o princípio da otimização. Os projetos devem assegurar que as blindagens
ofereçam radioproteção adequada, calculando-se inicialmente as barreiras para os limites
primários de dose equivalente efetiva e, em seguida, os valores obtidos segundo o processo de
otimização. As áreas onde são utilizadas radiações ionizantes, bem como sua
circunvizinhança, devem ser classificadas em restritas (exclusiva para trabalhadores) ou livres
(indivíduos do público).
Os limites de dose equivalente efetiva anual a serem usados são:
a) para trabalhadores: 50 mSv/ano;
b) para indivíduos do público: 1 mSv/ano (BRASIL, 2000).
2
Considera-se a barreira primária de proteção de espessura Sp, a uma distância d
s
perpendicular ao eixo central do feixe primário, e a
barreira secundária de proteção de espessura S
s
, a uma distância d
p
do ponto focal do tubo de raios X na direção do eixo do feixe primário.
Considera-se, ainda, um objeto espalhador, paciente, posicionado a uma distância de do ponto focal do tubo de raios X na direção do feixe
primário.
Os valores dos níveis de restrição de doses efetivas fornecidas pelo NCRP 147 (2004)
e de equivalente de dose ambiente fornecido pela Portaria n°453 (MINISTÉRIO DA SAÚDE,
1998) são apresentados na Tabela 3.6.
Tabela 3.6: Comparação dos níveis de restrição de doses efetivas fornecidas pelo NCRP
n°147 (2004) e de equivalente de dose ambiente fornecidas pela Portaria n° 453
(MINISTÉRIO DA SAÚDE, 1998) para áreas controladas e áreas livres.
Classificação das áreas NCRP n°147 Portaria n°453
Áreas controladas 0,1 mGy/semana 0,1 mSv/semana
Áreas livres 0,02 mGy/semana 0,01 mSv/semana
Para cada ponto e parede deve-se apresentar as espessuras mínimas de blindagem para
feixe primário, para fuga pelo cabeçote e para espalhamento. Para a porta deve-se descrever o
material de blindagem e levar em conta os múltiplos espalhamentos no paciente e nas
superfícies da sala. Descrever os diversos espalhamentos e determinar corretamente seu
número, distância de cada um e percentual de atenuação para incidência angular.
Para o teto, utilizar o mesmo procedimento empregado nas paredes. Geralmente o
pavimento superior é área livre e a taxa de ocupação dependerá dos fins a que se destina.
Aqui, deve-se calcular também a blindagem necessária para atenuar o feixe em regiões não
diretamente sobre a sala do equipamento.
Geralmente as salas blindadas são localizadas no andar térreo, sendo desnecessário
calcular blindagem do piso. Caso haja pavimento abaixo da sala de tratamento, os cálculos
são semelhantes aos de blindagem de parede e teto. Dois tipos de barreiras são consideradas:
primárias e secundárias. A barreira primária é aquela irradiada pelo feixe útil e a secundária
recebe somente radiação transmitida pela blindagem da máquina (fuga) e/ou espalhada pelo
paciente e pelas superfícies da sala de tratamento.
A radiação primária é limitada em direção pela colocação da máquina na sala e pelo
campo máximo de radiação, que ditarão quais porções das paredes, teto e piso serão
blindagens primárias. Radiação secundária é emitida em todas as direções e cobre todas as
superfícies da sala de tratamento, inclusive o labirinto, se houver, e a porta.
A transmissão pela barreira primária necessária para reduzir a intensidade do feixe ao
limite autorizado em áreas externas (Bp) é dada por:
)/)(()(
12
UNKpdpPTxpréxbarreiraBp =+=
, (3.11)
onde P é o limite autorizado derivado semanal para regiões externas; dp é a distância em
metros entre o alvo ou fonte até o ponto protegido; U é o fator de uso e T o fator ocupacional.
Depois de (Bp), determinamos a espessura necessária para atender o limite autorizado
baseados no tipo do material empregado na blindagem (BRASIL, 2000).
Para barreiras secundárias o fator de uso é sempre igual a um (U=1) e tanto a fuga pelo
cabeçote quanto a radiação espalhada devem ser consideradas.
secsec
/)( KPxbarreiraB
=
=
, (3.12)
3.9.4 Labirinto convencional
A construção de um labirinto em salas de radioterapia é recomendada para diminuir a
intensidade de radiação que chega na entrada da sala de tratamento, tornando desnecessária a
instalação de uma porta muito pesada. A radiação que atinge a região da porta no labirinto é
proveniente tanto do espalhamento no paciente e nas superfícies da sala, quanto da penetração
direta de radiação pela parede do labirinto. A região da porta deve estar fora do feixe
primário, para evitar que a parede do labirinto tenha que ser muito espessa, e a porta muito
pesada. Assim sendo, a radiação que passa diretamente pela parede do labirinto será a de fuga
pelo cabeçote (que ditará a espessura dessa parede) e a espalhada pelo paciente ou superfícies
da sala. (BRASIL, 2000).
Figura 3.11: Ilustração da planta baixa sem escala de um labirinto.
Fonte: Adaptada Instituto Nacional de Câncer (BRASIL, 2000, p.33).
3.9.5 Modelos matemáticos
Desde o século passado, com o grande desenvolvimento dos computadores e da
informática de uma forma geral, foram propostos modelos computacionais, cuja finalidade é
auxiliar em simulações e projetos experimentais. Alguns modelos deste tipo foram utilizados
e tiveram importante contribuição em etapas deste trabalho (FRIMAIO, 2006).
3.9.5.1 Modelo para cálculo de blindagem (NCRP n°147/2004)
Com o avanço da tecnologia de equipamentos radiológicos com características
técnicas mais eficientes, têm sido desenvolvidos no sentido de reduzir a exposição
desnecessária à radiação, como, por exemplo, a inclusão de diferentes filtros e disparadores
automáticos.
Para determinar a necessidade da blindagem de uma sala onde será operado um
equipamento de radiação X é preciso conhecer a taxa de exposição em diferentes distâncias da
fonte, que pode ser dada pelo fabricante do aparelho de raios X. Porém, é recomendável usar
dados experimentais, medidos diretamente com instrumentos devidamente calibrados.
Deve, também, ser levado em consideração o tipo de área fora da parede a ser
blindada, havendo diferentes considerações a serem observadas, de acordo com a utilização
do local pelos trabalhadores e indivíduos do público (corredor, almoxarifado, área de trabalho,
etc). Para a determinação do tipo e espessura da blindagem adequada devem ser consideradas
a radiação primária e a radiação secundária (radiação de fuga e espalhada).
Para o cálculo da barreira são definidos alguns fatores que são: o número N de
pacientes esperados para exame por semana (N=125), o fator de ocupação T para uma
determinada área, que é definido como a fração do tempo que um indivíduo está
maximamente exposto, o valor do nível de restrição de dose semanal P (mGy/semana), a
distância entre fonte de radiação e o indivíduo a ser protegido d (m), e o fator de uso U.
As espessuras de chumbo necessárias para as diferentes barreiras de uma sala de
radiografia podem ser calculadas em função de NT/Pd
2
, como mostrado nos gráficos das
figuras do NCRP 147 (2004), que visam otimizar a quantidade de blindagem necessária para
proteger áreas controladas ou não controladas, de forma a minimizar o custo da blindagem.
3.9.5.2 Modelo de Archer
Archer, Thornby e Bushong (1983) introduziram um modelo matemático que traz
grande simplificação à formulação apresentada no NCRP 49 (NATIONAL COUNCIL, 1976),
para o cálculo de barreiras protetoras. O programa ARCHFIT.EXE, denominado Modelo de
Archer, permite ajustar uma função paramétrica aos gráficos de atenuação apresentados no
NCRP 147 (NATIONAL COUNCIL, 2004) a partir de informações típicas utilizadas em
cálculos de barreiras. Este ajuste é feito na equação que representa a curva de atenuação
utilizando um método de mínimos quadrados não-linear. A equação proposta no modelo é:
γαβγ
αβαβ
/1
]/)/1[(/
−
−+= eIIB
o
, (3.13)
onde:
I é a intensidade do feixe de radiação por unidade de mA.min por semana a 1m da fonte, após
o feixe atravessar uma espessura x de um dado material, obtida aplicando-se um potencial V
ao tubo;
I
o
é o valor de I sem que nenhum material atenuador intercepte o feixe;
x é a espessura do material protetor em milímetros, e;
α, β e γ são parâmetros determinados utilizando-se um método de mínimos quadrados não
linear.
Um estudo atualizado sobre as hipóteses do NCRP 49 (NATIONAL COUNCIL, 1976)
com referência às cargas de trabalho foi publicado por Simpkin (1996). A metodologia
aplicada pelo NCRP 49 (NATIONAL COUNCIL, 1976) não leva em conta a variação da
forma espectral quando o feixe de radiação atravessa o material protetor. Costa (1999) propôs
um modelo que considera a influência dos espectros dos feixes de raios X utilizados em
radiologia diagnóstica na estimativa de curvas de atenuação consistentes com as distribuições
de cargas de trabalho encontradas.
3.9.6 Materiais de Blindagem
Diversos materiais podem ser utilizados em blindagem contanto que seja empregada a
espessura suficiente para atenuar a intensidade da radiação aos limites autorizados. As
características principais dos materiais a serem consideradas são:
• área (espaço físico) para a instalação;
• espessura e peso da barreira;
• uso múltiplo (blindagem e estrutura);
• blindagem de vários tipos de radiação;
• uniformidade e homogeneidade;
• estabilidade;
• custo da construção;
• acabamento, limpeza e conservação.
Atualmente podem ser empregados os seguintes materiais para blindagem de radiação
ionizante:
3.9.6.1 Concreto
O concreto comum tem a vantagem do baixo custo e da facilidade de construção.
Embora as blindagens em concreto sejam bastante espessas, devido ao número atômico e
densidade relativamente baixos, ele é o material de escolha quando o espaço não é problema.
A concretagem exige armação de ferragem para aumentar a resistência, e fôrmas para
contenção da massa fluida. Sempre que possível ela deve ser feita de forma contínua e
vibratória para evitar fendas e espaços vazios. A dosagem do concreto fresco deve ser
cuidadosa e corpos-de-prova devem assegurar a necessária densidade, resistência à
compressão e à tração e propriedades elásticas. O controle de temperatura é essencial para
evitar perda rápida de água.
Como as espessuras são baseadas em concreto comum de 2,35 g/cm
3
, qualquer
variação na densidade do concreto usado acarreta um ajuste na espessura calculada que, se
não for muito grande, pode ser feito baseado na razão entre as densidades. Concreto de alta
densidade pode ser usado quando o espaço é limitado. Entretanto, seu custo relativamente alto
e a falta de curvas de atenuação apropriadas contra-indicam sua utilização de rotina.
O uso da relação de densidades na correção da espessura superestima a espessura
necessária. Caso seja indicado o uso do concreto de alta densidade, deve-se medir ou obter as
curvas de atenuação para a energia empregada e usá-las na determinação das espessuras de
blindagem.
3.9.6.2 Aço e chumbo
Aço de baixo teor de carbono apresenta características favoráveis de blindagem e,
devido à resistência, pode também ser usado como componente estrutural. Placas de aço
podem ser usadas complementarmente ao concreto quando o espaço está à prêmio e, também,
como marco e blindagem de portas, e, ainda, como preenchimento de recessos nas paredes.
Chumbo só é aconselhado como blindagem nas portas. Embora esse material seja denso,
lençóis ou lâminas de chumbo são difíceis de manusear, possuem baixa resistência e são
muito caros.
As mantas de chumbo utilizadas na proteção radiológica devem ser feitas com o
elemento puro, sem impurezas. Elas são laminadas na espessura necessária para proteção das
paredes e portas de acordo com a orientação do projeto de radioproteção específico da sala. A
espessura necessária é determinada em função de vários fatores entre eles o tipo de
equipamento, a ocupação das áreas adjacentes, a quantidade de exames realizados e outros.
(VERÇOSA, 1985).
3.9.6.3 Argamassa Baritada
A argamassa é um composto de areia, cimento e aglomerante, destinada a regularizar
ou preencher uma superfície qualquer na construção civil. A argamassa baritada é um
composto que por ter agregado um minério de alta densidade “barita” ou sulfato de bário
hidratado (BaSO
4
) que presta-se à proteção radiológica. A sua alta densidade resultante, se
comparada à densidade de uma argamassa tradicional, absorve mais radiação (cerca de 3,2
g/cm
3
). É utilizada em diversas áreas: médica, veterinária, odontológica e industrial (Raios
X, tomografia, mamografia, medicina nuclear, radioterapia, etc.). A aplicação é manual e
não se pode garantir a homogeneidade nem a espessura em todas as paredes. (GRUPO GRX,
2008).
3.9.6.4 Materiais cerâmicos
Estudos com tijolos cerâmicos maciços apresentaram equivalência a 1,63 mm de
chumbo, provocando uma redução nos custos da proteção, conforme mostrado por Barros
(2001).
O comportamento de placas cerâmicas de grês branco como atenuador da radiação X
foi investigado por Frimaio (2006) que obteve resultados satisfatórios de atenuação à radiação
X, levando em conta as energias utilizadas em raio X diagnóstico de 80, 100 e 150 kVp.
3.10 BARITA – MATÉRIA-PRIMA PARA BLINDAGEM DE RADIAÇÃO X
Diante da grande utilização dos materiais cerâmicos no mercado devido as suas
inúmeras vantagens, descritas em capítulos anteriores, obteve-se a idéia de incorporar o
mineral barita na formulação de massa cerâmica para produção de um bloco baritado. A
seguir são descritas as características da barita.
Atualmente, a barita é explorada em 66 países, sendo a China (3,5 Mt), a Índia (0,9
Mt) e os EUA (0,4 Mt) os maiores produtores e, também, os detentores das maiores reservas
(SEARLS, 2004). Em termos mundiais, cerca de 90% da barita produzida destina-se ao uso de
perfuração de poços de petróleo, e parte significativa dos 10% restantes destina-se à
manufatura de carbonato de bário para a fabricação de vidros de TV (GRIFFITHS, 1995;
HARBEN, 2002). No Brasil, o perfil típico de consumo da barita tem a seguinte distribuição:
indústria química 50%; indústria petrolífera 35%; outros (tinta, papéis, borracha, vidros,
abrasivos etc.) 15% (DUTRA, 2006).
No ano de 2003, a produção nacional de barita bruta foi de 68 mil toneladas,
representando apenas 1% da produção mundial. O estado da Bahia foi responsável por 96%
da produção nacional e por 85% da oferta de produtos beneficiados.
As principais empresas produtoras de barita no Brasil são: a Química Geral do
Nordeste S/A (QGN), controlada pelo Grupo Carbonor/Church & Dwight Co., com unidade
industrial instalada em Feira de Santana; Baroid Pigmina Comercial e Industrial Ltda.,
controlada pela Halliburton Ltda., instalada na Ilha Grande, município de Camamu; e Mamoré
Mineração Ltda., controlada pelo Grupo Paranapanema, com jazida em Seabra e unidade de
moagem em Maiquinique (DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL,
2001).
Foram cadastrados 11 (onze) ocorrências de barita em municípios do Estado do Rio
Grande do Norte, sendo seis encaixadas em ortognaises e cinco em quartzitos, distribuídos em
municípios de Caicó, Cerro Cora, Equador, Lages, Ouro Branco, Parelhas, Pedro Avelino e
São Rafael. Estas ocorrências enquadram-se em depósitos do tipo hidrotermais filoneanos.
Tratando-se de depósitos no contexto geológico, foi realizada uma estimativa de recurso
econômico total de ordem de 218.400 toneladas de minério de barita com teor de 81,20% de
BaSO
4
e densidade média de 4,22 t/m³. (NESI, 1999).
3.10.1 Mineralogia
Apresenta-se mais freqüentemente como mineral incolor, branco leitoso ou cinza,
podendo ter outras cores dependendo das impurezas presentes na rede cristalina. A barita tem
clivagem prismática, brilho vítreo, cristal transparente a translúcido e índice de refração 1,63.
É o mineral mais denso entre os não metálicos (densidade em torno de 4,5 g/cm
3
), com dureza
variando entre 2,5 e 3,5 na escala de Mohs (VELHO et al., 1998).
A barita, geralmente, ocorre associada a uma grande quatidade de minerais: calcita,
dolomita, aragonita, apatita, quartzo, hematita, siderita, vanadinita, cerusita, fluorita, gipsita,
anglesita, celestita, calcopirita, pirita, galena e esfalerita, entre outros (VELHO et al., 1998).
3.10.2 Geologia
A barita ocorre em várias regiões do mundo, podendo ser encontrada em rochas
ígneas, metamórficas ou sedimentares. Os depósitos de valor comercial são classificados,
geologicamente, em três tipos: camada, veios e depósitos residuais.
Os depósitos em camadas ocorrem em rochas sedimentares e são considerados os de
maior importância em termos comerciais, sendo normalmente constituídos de lentes ou
horizontes de barita, agrupados. O teor de BaSO
4
é maior no centro das lentes, diminuindo em
direção às extremidades. Nos depósitos do tipo veio, geralmente, a barita ocorre em rochas
calcárias, associada a sulfetos de chumbo e zinco. Esse tipo de ocorrência costuma apresentar
volumes menores de minério se comparados com os do tipo camada. Os veios têm origem
hidrotermal, sendo formados a partir da precipitação de sulfato de bário. Por último, tem-se os
depósitos residuais encontrados em materiais não consolidados e que são formados pelo
intemperismo de materiais preexistentes.
Nesi (1999), agrupou as ocorrências de barita no Rio Grande do Norte adotando
critérios essencialmente geológicos em dois grupos; um relacionado com os metamorfitos pré-
cambrianos, por sua vez subdivididos em três tipos, baseados em critérios de tipologia
litológica das encaixantes (ortognaisse, xistos e quartzitos), e o outro ocorrente no seio das
rochas sedimentares fanerozóicos, utilizando as idades das formações mineralizadas.
3.10.3 Usos e Funções
A elevada densidade da barita determina o seu uso em fluidos de perfuração de
petróleo e gás e carga para diversos produtos. A barita é relativamente inerte, tem alvura
elevada e apresenta baixa absorção de óleo, propriedades que ampliam bastante o seu uso
como carga, pigmento e extensor. A considerável capacidade que possui em absorver raios X
e Gama possibilita também o seu uso na área médica, em exames de Raios X do sistema
digestivo, na fabricação de cimentos especiais usados em containers para armazenagem de
material radioativo e na fabricação de protetores contra radiações de monitores de computador
e tubos de televisão. A relação de usos da barita inclui ainda a indústria têxtil, a fabricação de
papel, plásticos, borracha, tintas, pigmentos brancos, vidro, cerâmica, asfalto e em sistemas de
freio e embreagem de carros e caminhões entre outros (DEPARTAMENTO NACIONAL DE
PRODUÇÃO MINERAL, 2001).
É ainda agente protetor de radiação por possuir as propriedades de densidade (forte
empacotamento de elementos pesados atenuando a ação de raios gama), fabricabilidade (é
capaz de ser usada como agregado em concretos), durabilidade (não perde ou atenua suas
propriedades e nem é suscetível ao quebramento), transferência de calor (dispersa o calor
gerado por radiação).
3.10.4 Propriedades Físicas e Químicas
O mineral barita é um sal de bário de fórmula química simplificada BaSO
4
, cuja
composição média teórica contém 65,7% de monóxido de bário, sendo que o bário elementar
participa em média, com 58,8% e o trióxido de enxofre, com 34,3%. possui brilho vítreo,
resinoso ou nacarado e sua cor mais comum é branca a cinza clara, quando isenta de
impurezas, podendo entretanto variar ao cinza escuro ou rosa, conforme a presença de matéria
carbonosa e óxidos de ferro.
4 MATERIAIS E MÉTODOS
O presente capítulo apresenta os materiais selecionados para a realização deste
estudo e todo o método experimental utilizado realizar os objetivos propostos. O
procedimento experimental foi dividido em três partes. Inicialmente são apresentados os
materiais e a metodologia adotada para a caracterização das matérias-primas a serem
utilizadas para o estudo. Essa primeira parte foi denominada de ensaios preliminares,
onde são descritas as técnicas de caracterização utilizadas para identificação destes
materiais. Na segunda parte, descrevem-se os materiais e os métodos tomados para as
formulações das massas cerâmicas escolhidas a partir da primeira parte do trabalho. Na
terceira e última parte do trabalho é mostrado o procedimento adotado na elaboração de
blocos cerâmicos e suas caracterizações com relação a propriedades tecnológicas e
medidas de atenuação da radiação X.
4.1 ENSAIOS PRELIMINARES – PARTE I
4.1.1 Matérias-primas empregadas
4.1.1.1 Argila
A argila utilizada é proveniente de uma indústria cerâmica do município de São
Gonçalo do Amarante/RN, sendo originária de material intemperizado, transportado
pelo Rio Potengi e sedimentado em bacias de inundação nos períodos de enchentes do
rio. A argila foi coletada em forma de torrões e submetida a um processo de secagem ao
ar livre, seguido de desagregação mecânica em um moinho de bolas. Em seguida, foi
submetida ao processo de secagem em uma estufa à temperatura de 110
o
C por 24 horas,
passando posteriormente ao peneiramento até a fração passante em 200 Mesh (74 µm).
4.1.1.2 Baritas
As matérias-primas foram obtidas através de sete ocorrências localizadas em
municípios do Estado do Rio Grande do Norte, onde se procurou obter uma amostra
representativa que mostrasse uma situação geral com relação aos tipos de matérias-
primas utilizadas no Estado. A nomenclatura das amostras foi estabelecida conforme
seqüência de coleta durante as visitas as ocorrências, apresentada na Tabela 4.1, a qual
apresenta a fazenda que possui ocorrência da matéria-prima, a localização conforme
regiões e a nomenclatura adotada.
Tabela 4.1: Nomenclatura da ocorrência e das amostras de baritas adotadas para o
trabalho, e sua localização no estado.
Amostra
Fazenda Nomenclatura Localização no RN
1 Alive B
1
Lajes
2 Jurema B
2
Lajes
3 Juazeiro B
3
Lajes
4 Cabugi B
4
Lajes
5 Nísia Floresta B
5
Pedro Avelino
6 Nísia Floresta B
6
Pedro Avelino
7 Mundo Novo B
7
Pedro Avelino
Figura 4.1: Mapa do estado do Rio Grande do Norte mostrando as localidades das
matérias-primas minerais selecionadas para o trabalho.
Fonte: http://www.cultura.gov.br/site/2009/02/12/edital-de-selecao-dos-pontos-de-
cultura-do-rio-grande-do-norte/
4.1.2 Caracterização das matérias-primas
Os ensaios preliminares de caracterização foram realizados nas duas matérias-
primas coletadas para o desenvolvimento deste trabalho, de acordo com o esquema da
Figura 4.2. Inicialmente as amostras de argila, pertencentes a uma indústria cerâmica, e
as baritas, proveniente de sete ocorrências em fazendas, foram coletadas e preparadas
seguindo métodos específicos de preparação para cada técnica de caracterização a serem
submetidas. Antes das análises, todas as amostras passaram pelo processo de
amostragem por quarteamento a fim de se obter uma amostra representativa. Em
seguida, foram secas em estufa e acondicionadas para os futuros ensaios de
caracterização.
B
5
a B
7
Argila
B
1
a B
4
Legenda: DRX = Difração de Raio X/ AP = Análise Plasticidade/ AT = Análise Térmica/ AG = Análise Gravimétrica/ FRX =
Fluorescência de Raio X.
Figura 4.2: Esquema do procedimento experimental Parte I do trabalho.
A seguir são descritas as técnicas de caracterização utilizadas neste trabalho com
ênfase na importância e no objetivo de cada análise, nos equipamentos utilizados, na
preparação da amostra e no tipo de resultado gerado.
4.1.2.1 Análise granulométrica
A análise granulométrica (AG) foi realizada no Laboratório de Materiais
Cerâmicos e Metais Especiais da UFRN, com o objetivo principal de quantificar as
matérias-primas e classificá-las de acordo com a faixa granulométrica em: argila, silte e
areia, segundo norma, NBR 6502 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS
Matérias-primas
Argila Barita
Indústria Cerâmica em
São Gonçalo
B
1,
B
2,
B
3,
B
4,
B
5,
B
6,
B
7
Preparação
Britagem Moagem
Peneiramento
Caracterização
Escolha da
melhor Barita
FRX
DRX
AG
AT
DRX AT FRX
AP
AG
Petrografia
TÉCNICAS, 1995). Em se tratando de materiais argilosos e considerando que a
granulometria influencia no processamento e nas propriedades finais do material, esta
técnica é de fundamental importância para uma completa e precisa caracterização da
matéria-prima argila.
As amostras a serem analisadas foram preparadas partindo-se de 2 g da matéria-
prima e adição de 2 ml de detergente neutro, diluídos em 10 ml de água destilada. Nesta
análise, foi utilizado um granulômetro a Laser (920L, Cilas) acoplado a um sistema de
ultra-som com função de dispersar as partículas argilosas.
O resultado da análise foi fornecido pelo software The Particle Expert. O
equipamento fornece os diâmetros correspondentes das partículas do fluxo retido nas
frações de interesse (por exemplo, 10 %, 50 % e 90 %), como também o diâmetro
médio (D
M
) e as curvas de distribuição granulométrica das partículas.
4.1.2.2 Avaliação da plasticidade
No processamento de materiais cerâmicos, a plasticidade é uma propriedade
fundamental já que ela define os parâmetros técnicos necessários para converter,
mediante aplicação de pressão, uma massa de partículas em um componente com uma
dada geometria (DUTRA, 2007).
De maneira geral, dentre os principais métodos para determinação da
plasticidade, destacam-se o índice de plasticidade de Atterberg, o índice de plasticidade
de Pfefferkorn, e as curvas tensão/deformação. (FLORES, 2006).
De acordo com Barba (1997), o método de Atterberg, devido a sua simplicidade
e sua sensibilidade, é o método mais adequado para caracterização de materiais
argilosos. Por isso, foi o método escolhido para determinação da avaliação da
plasticidade da matéria-prima argilosa deste trabalho, além de ser um método direto e
muito utilizado para o tipo de material em estudo.
O limite de Atterberg foi determinado a partir do limite de liquidez NBR 6459
(ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1984) e do limite de
plasticidade NBR 7180 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS,
1984) os quais compõem o índice de plasticidade (IP) da amostra.
A preparação da amostra para este ensaio, os equipamentos utilizados e as
condições de ensaio foram seguidos de acordo com as Normas Técnicas citadas
anteriormente. Com o resultado do índice de plasticidade é possível saber se a matéria-
prima possui mais ou menos quantidade de materiais argilosos, como também fazer uma
relação com outras propriedades da matéria-prima como, por exemplo, a granulometria.
4.1.2.3 Análise química por fluorescência de raios X
A determinação da composição química dos materiais argilosos é de grande
importância para a caracterização desse tipo de material. Essa análise raramente serve
para caracterizar o material se não vier acompanhado de alguns dados físicos ou sem
conhecer as espécies mineralógicas que contém as matérias-primas. No entanto, com os
resultados da análise química e da difração de raios X é possível indicar e quantificar os
minerais argilosos e os minerais acessórios presentes em uma argila.
Por ser uma técnica instrumental muito reprodutível, rápida e precisa, a
fluorescência de raios X (FRX) é o método mais usual para determinação da
composição química dos materiais (BARBA, 1997).
Neste trabalho, as amostras em estudo antes de serem analisadas foram
classificadas por peneiramento na granulometria inferior a 0,074 mm, correspondendo à
peneira nº200 da ABNT, e secas em estufa (110 ºC) por 24 h.
Nesta análise, foi utilizado um espectrômetro por fluorescência de raios X
(EDX-700, Shimadzu) em uma atmosfera a vácuo, empregando o método semi-
quantitativo para determinação dos elementos presentes nas amostras. O resultado em
forma de óxidos limita-se na identificação dos elementos químicos da Tabela Periódica.
4.1.2.4 Análise mineralógica por difração de raio X
A composição mineralógica e especialmente da fração argila é de grande
importância no entendimento das propriedades tecnológicas de produtos cerâmicos de
base argilosa, bem como na otimização dos ciclos de queima para produção de materiais
de qualidade e com processamento adequado (DUTRA, 2007).
A difração de raios X (DRX) é o método mais abrangente para determinar a
mineralogia das matérias-primas devido não só à possibilidade da identificação das
espécies minerais presentes, mas também por permitir estudar as características
cristalográficas desses minerais (BARBA, 1997), e com o uso de software específico
quantificar cada espécie mineral. Além disso, é possível analisar a microestrutura dos
materiais por meio de informações sobre orientação e tamanho dos cristais, parâmetros
de rede, tensões internas, identificação de fases, entre outras possibilidades (BOWEN,
1975).
As amostras a serem estudadas por DRX foram classificadas por peneiramento
na granulometria inferior a 0,074 mm, secas e analisadas em um difratômetro de raios X
(XRD-6000, Shimadzu) localizado no Laboratório de Metrologia do Centro de
Tecnologia do Gás, utilizando-se as seguintes condições: radiação de Cu-Kα (λ =
1,54056 Å, tensão de 40 kV, corrente de 30 mA, ângulo de varredura (2θ) de 2 º a 60 º.
Os resultados gerados, representados pelas fases mineralógicas das amostras, foram
analisados por comparação entre os picos gerados com as cartas padrões do software
JCPDF cadastradas no ICDD (Internacional Centre for Difraction Data).
4.1.2.5 Análise Térmica
A análise térmica é muito utilizada na complementação dos ensaios de
caracterização. As principais técnicas termoanalíticas utilizadas em materiais são:
Análise Termogravimétrica (ATG) e Análise Térmica Diferencial (ATD).
A ATD revela mudanças de energia que ocorrem em material durante o seu
aquecimento ou arrefecimento, resultantes de quatro causas principais: transições de
fase, decomposições no estado sólido, reações com um gás ativo como o oxigênio e
transições de 2º ordem (mudança de entropia sem mudança de entalpia).
Na ATG, a curva termogravimétrica revela as modificações de peso que ocorrem
durante o aquecimento de um material e que podem ter duas causas: decomposição ou
oxidação. A ATG fornece informações mais restritas que a ATD, no entanto, para
análises quantitativas de certas substâncias as informações obtidas podem ser mais
precisas.
As curvas ATD das amostras foram obtidas por meio de um analisador
Termodiferencial (ATD-50H, Shimadzu), localizado no Laboratório de Metrologia do
Centro de Tecnologia do Gás, utilizando-se as seguintes condições: amostras com
granulometria inferior a 200 Mesh (ABNT nº200, 0,074 mm) totalizando-se,
aproximadamente, 15 mg, sob fluxo de ar sintético de 50 ml/min, taxa de aquecimento
de 10 ºC/min e temperatura final de 1000 ºC.
As curvas termogravimétricas foram obtidas utilizado um analisador
termogravimétrico (ATG-50, Shimadzu), localizado no Laboratório de Metrologia do
Centro de Tecnologia do Gás, em atmosfera a ar e taxa de aquecimento de 10 ºC/min.
As amostras forma preparadas na granulometria inferior a 200 mesh (ABNT nº200,
0,074 mm).
4.1.2.6 Petrografia
Seções delgadas (espessura de 30 µm) foram preparadas a partir de amostras de
mão do mineral barita, no Departamento de Geologia da UFRN, objetivando a análise e
descrição das propriedades óticas dos minerais constituintes ao microscópio Olympus
BX-51 de luz transmitida.
A seção delgada de barita foi confeccionada conforme descrito a seguir. O
material a ser estudado foi primeiro cortado, gerando uma superfície lisa e plana, em
seguida a superfície passa, então, por um processo de montagem em lâmina de vidro
para microscópio (Figura 4.3). Por último, o material é colocado em um suporte que
fixa a lâmina em paralelo ao corte da serra. O material sobre a lâmina foi cortado a 0,06
mm. A lâmina é então colocada sobre um suporte e, de maneira suave, granulado pelas
bordas até atingir 0,03 mm de espessura (Figura 4.4), por fim, uma cobertura de vidro é
fixada com bálsamo transparente na parte superior da lâmina (KERR, 1961).
Figura 4.3: Petrografia mineral. (a) Uma rocha selecionada para uma seção fina e
cortada para obter uma peça. (b) Uma peça cortada de dimensões adequadas para uma
seção delgada. (c) Material montado sobre uma fatia de vidro.
Fonte: Adaptada de Kerr (1961, p.4)
Figura 4.4: Seção transversal da montagem em uma fatia de rocha (escala vertical
exagerada).
Fonte: Adaptada de Kerr (1961. p.5)
4.2 FORMULAÇÃO DAS MATÉRIAS-PRIMAS - PARTE II
4.2.1 Materiais
As formulações das matérias-primas foram desenvolvidas utilizando-se a argila
da indústria cerâmica relacionada anteriormente, com a barita cujas características
foram determinadas na Parte I. Apesar da barita de número 03, ter apresentado a maior
teor de bário, comparado às outras ocorrências (Tabela 5.2), foi utilizada ao longo deste
trabalho a barita de número 02, pois com as intensas chuvas do ano de 2008, o veio
onde existente na ocorrência geológica foi encoberto por camadas de solo e vegetação
da região, encontrando-se inacessível.
4.2.2 Métodos
A partir da amostra referencial foram preparadas dez formulações com mistura
barita-argila nas proporções indicadas na Tabela 4.2, compactadas em matriz uniaxial,
retangular e sinterizadas em forno resistivo nas temperaturas de 950°C, 1.000°C e
1.050°C. As formulações foram processadas de acordo com o procedimento
experimental mostrado na Figura 4.5.
Tabela 4.2: Formulações cerâmicas estudadas (% em peso).
MATÉRIAS-PRIMAS (%)
NÚMERO
FORMULAÇÕES
ARGILA
BARITA
Referência 100A 100 0
F
1
90A-10B 90 10
F
2
80A-20B 80 20
F
3
70A-30B 70 30
F
4
60A-40B 60 40
F
5
50A-50B 50 50
F
6
40A-60B 40 60
F
7
30A-70B 30 70
F
8
20A-80B 20 80
F
9
10A-90B 10 90
F
10
100B 0 100
Legenda: PA = Porosidade Aparente/ RM = Resistência Mecânica/ PF = Perda de Massa ao Fogo/ RL = Retração Linear/ AA =
Absorção de Água.
Figura 4.5: Esquema do procedimento experimental Parte II do trabalho.
Com esses protótipos foram avaliadas a coesão dos materiais, bem como, a
existência de trintas, fissuras, e a coloração da queima. As análises de propriedades
tecnológicas serão descritas a seguir.
4.2.3 Caracterização das propriedades tecnológicas
Para caracterização tecnológica por meio dos ensaios físicos e mecânicos, todas
as matérias-primas foram processadas separadamente no Laboratório de Materiais
Cerâmicos e Metais Especiais e Laboratório de Propriedades Físicas dos Materiais
Cerâmicos da UFRN, obedecendo a seguinte seqüência:
(i) secagem em estufa elétrica por 24 h para retirada da umidade natural;
Matéria-prima
Argila
Barita
Preparação
Conformação
Secagem
Queima
Propriedades
PF
RM
PA
RL
AA
(ii) destorroamento manual utilizando-se almofariz e mão-de-gral;
(iii) peneiramento em malha passante em abertura de 0,074 mm;
(iv) adição de 10 % de água a fim de manter a umidade de conformação
constante para todas as amostras;
(v) prensagem uniaxial e de simples efeito (Schulz, PHS 15 t) sob pressão de 25
MPa. Nesta etapa, para cada formulação de matéria-prima foram conformados
10 corpos-de-prova, pesando-se 13 g do material, e ultilizando-se de um molde
metálico com seção interna de 6 cm x 2 cm;
(vi) secagem em estufa elétrica com temperatura de 110 ºC por 24 h. Após a
secagem, os corpos-de-prova foram medidos quanto as suas dimensões e massa,
com um paquímetro (150 mm / 0,01 mm) e uma balança (4 kg / 0,01 g),
respectivamente.
(vii) a queima foi realizada em um forno elétrico (EDG, 3P-S) em atmosfera ao
ar, obedecendo a variável de 10°C/min;
(vii) determinação das propriedades físico-mecânicas. Nesta, foram realizados
ensaios de retração linear de queima, determinação da perda de massa ao fogo,
absorção de água, porosidade aparente e de resistência mecânica sob flexão em
três pontos. Para todas as propriedades tecnológicas o resultado final foi obtido a
partir de uma média aritmética das medidas obtidas dos corpos-de-prova. Todo
procedimento experimental para determinação dessas propriedades tecnológicas
é apresentado a seguir, bem como a importância de cada propriedade.
4.2.3.1 Perda de massa ao fogo
Quando um material argiloso é queimado ele sofre transformações químicas e
físicas devido às reações que ocorrem nas temperaturas específicas. A perda de massa
ao fogo (PF) quantifica quanto de massa o material perdeu em relação à temperatura de
queima, sendo determinada pela Equação 4.1. Para determinação da PF foi utilizada
uma balança analítica. Todos os resultados foram obtidos da média aritmética de 10
corpos-de-prova.
100(%) x
M
MM
PF
q
qs
−
= , (4.1)
onde:
M
s
= massa do corpo-de-prova seco (após a conformação e secagem), em grama;
M
q
= massa do corpo-de-prova queimado, em grama.
4.2.3.2 Retração Linear de queima
A retração linear de queima (RL) foi determinada com base na variação
dimensional linear (comprimento) dos corpos-de-prova após queima (Equação 4.2).
Neste, utilizou-se um paquímetro, e fez-se a medida do comprimento do corpo-de-prova
seco, antes e após a queima nas diferentes temperaturas.
100(%)
0
x
L
LL
RL
f
f
−
=
, (4.2)
onde:
L
0
= comprimento do corpo-de-prova seco (antes da queima), em centímetro;
L
f
= comprimento do corpo-de-prova queimado, em centímetro.
4.2.3.3 Absorção de água
A absorção de água (AA) foi determinada usando o princípio de Arquimedes em
imersão em água (Equação 4.3), de acordo com a norma ABNT, NBR 13818. Para sua
realização foi utilizado um tanque de fervura e uma balança digital analítica com
resolução de 0,01 g.
100(%) x
M
MM
AA
q
qu
−
= , (4.3)
onde:
M
u
= massa do corpo-de-prova úmido (após retirada do tanque de fervura), em gramas;
M
q
= massa do corpo-de-prova queimado (após secagem a 110ºC por 24 h), em gramas.
4.2.3.4 Porosidade aparente
A porosidade aparente (PA) foi avaliada através do método de Arquimedes em
corpos-de-prova queimados, utilizando-se como fluido de imersão a água na
temperatura ambiente.
100(%) x
MM
MM
PA
iu
qu
−
−
=
, (4.4)
onde:
M
u
= massa do corpo-de-prova úmido (após retirada do tanque de fervura), em gramas;
M
q
= massa do corpo-de-prova queimado (após secagem a 110ºC por 24 h), em gramas;
M
i
= massa do corpo-de-prova imerso em água, em gramas.
4.2.3.5 Resistência Mecânica
A resistência mecânica (RM) dos corpos-de-prova prensados foi determinada
pela tensão ou módulo de ruptura à flexão (MRF) em 3 pontos, utilizando-se uma
máquina de ensaios mecânicos da Shimadzu (Autograph AG-25TA, 100KN). O ensaio
foi realizado com uma velocidade de 0,5 mm/min e o MRF foi calculado pela Equação
4.5.
ab
CA
MPaMRF
20
3)( = , (4.5.)
onde:
C = carga de ruptura, em quilograma-força;
A = distância entre os apoios do suporte, em centímetro;
a = largura do corpo-de-prova, em centímetro;
b = altura do corpo-de-prova, em centímetro.
4.3 ELABORAÇÃO DE BLOCOS CERÂMICOS - PARTE III
4.3.1 Materiais
A elaboração do bloco cerâmico foi desenvolvida utilizando a formulação
escolhida na parte II do trabalho, que obteve melhores resultados da caracterização das
propriedades tecnológicas. Para tanto, utilizou-se a argila da indústria cerâmica, e a
barita de número 02.
4.3.2 Métodos
A partir da formulação e da temperatura de queima que apresentou melhor
resultado das propriedades tecnológicas, foram preparados trinta e quatro blocos
cerâmicos com mistura barita-argila, extrudados em uma maromba e sinterizados em
forno Hoffman na temperatura de 800±50°C. Em seguida, as formulações foram
processadas de acordo com a Figura 4.6.
Figura 4.6: Esquema do procedimento experimental Parte III do trabalho.
4.3.3 Caracterização – ensaios tecnológicos
Para caracterização tecnológica por meio dos ensaios físicos e mecânicos, todas
as matérias-primas foram processadas separadamente obedecendo a seguinte sequência:
(i) secagem em estufa elétrica por 24 h para retirada da umidade natural;
(ii) destorroamento manual utilizando-se moinho de bolas;
(iii) peneiramento em malha com abertura de 0,18mm;
(iv) adição de 10 % de água a fim de manter a umidade de conformação
constante para todas as amostras;
Matéria
-
prima
Argila Barita
Preparação
Extrusão
Secagem
Queima
Propriedades
Características
visuais
Absorção de água
Resistência à
compressão
Avaliação da
atenuação de raio X
Caracterização
Final
Características
geométricas
(v) extrusão utilizando a extrusora da Indústria Cerâmica localizada em São
Gonçalo/RN. Nesta etapa, foram fabricados 34 blocos cerâmicos,
(vi) secagem natural por 48 h. A queima foi realizada em um forno tipo
Hoffman com combustível a lenha,
(vii) determinação das propriedades físico-mecânicas. Foram realizadas análises
de caracterização visual e geométrica, ensaios de absorção de água, resistência à
compressão, teste de equivalência de blindagem e, por fim, caracterização final
do material. Para todas as propriedades tecnológicas, o resultado final foi obtido
a partir de uma média aritmética dos valores obtidos nas análises dos blocos
cerâmicos. Todo procedimento experimental para determinação dessas
propriedades tecnológicas é apresentado a seguir, bem como a importância de
cada propriedade.
4.3.3.1 ABNT NBR 15270-3 – Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural e de vedação
– Métodos de Ensaios
Esta norma estabelece os métodos para execução dos ensaios dos blocos
cerâmicos estruturais e de vedação. Para a realização dos ensaios contidos nesta norma
foram utilizados dez corpos-de-prova devidamente identificados.
Características Visuais
Com a identificação de cada corpo-de-prova através de numeração, realiza-se a
observação de características visuais dos blocos. No referido trabalho, foram descritas a
uniformidade da cor, trincas, fissuras e deformações. O bloco cerâmico de vedação não
deve apresentar defeitos sistemáticos, tais como quebras, superfícies irregulares ou
deformações que impeçam o seu emprego na função especificada.
Características geométricas
As características geométricas do bloco cerâmico de vedação são as seguintes:
a) Medidas das faces – dimensões efetivas:
Os blocos devem ser colocados sobre uma superfície plana e indeformável, onde
através de uma régua metálica com sensibilidade mínima de 0,05mm devem ser
medidos os valores da largura (L), altura (H) e comprimento (C), de acordo com os
pontos indicados na figura 4.7.
(a) (b) (c)
Figura 4.7: Pontos indicados para medições das características geométricas blocos
cerâmicos. Medidas da: (a) altura - H (b) largura - L e (c) comprimento - C.
Fonte: Adaptado NBR 15270-3 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS
TÉCNICAS, 2005, p.8).
As tolerâncias dimensionais relacionados à média das medições dimensionais
são as indicadas na tabela 4.3.
Tabela 4.3: Tolerâncias dimensionais relacionadas à média das dimensões efetivas
Grandezas controladas Tolerância individual (mm)
Largura (L)
Altura (H)
Comprimento (C)
± 3
b) Espessura das paredes externas e dos septos e dos blocos:
As espessuras das paredes externas devem ser medidas no mínimo nos pontos
indicados na figura 4.8, buscando o ponto onde a parede apresenta a menor espessura.
As medições das espessuras dos septos devem ser obtidas na região central destes,
utilizando no mínimo quatro medições, buscando os septos de menor espessura.
Figura 4.8: Posições esquemáticas para as medições da espessura das paredes externas e
septos.
Fonte: Adaptado NBR 15270-3, (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS
TÉCNICAS, 2005, p.9).
A espessura dos septos dos blocos cerâmicos de vedação deve ser no mínimo
6mm e das paredes externas no mínimo 7mm.
c) Desvio em relação ao esquadro (D):
Deve-se medir o desvio em relação ao esquadro entre umas das faces destinadas
ao assentamento e a maior face destinada ao revestimento do bloco, conforme a figura
4.9, empregando-se o esquadro metálico e a régua metálica. O desvio com relação ao
esquadro deve ser no máximo 3mm.
Figura 4.9: Desvio em relação ao esquadro (D) – Representação esquemática.
Fonte: Adaptado NBR 15270-3, (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS
TÉCNICAS, 2005, p.9).
d) Planeza das faces (F):
Deve-se determinar a planeza de uma das faces destinadas ao revestimento
através da flecha formada na diagonal, conforme a figura 4.10, empregando-se o
esquadro metálico e a régua metálica. A flecha deve ser no máximo 3mm.
(a) (b)
Figura 4.10: Planeza das faces – Representação esquemática. (a) desvio côncavo e (b)
desvio convexo.
Fonte: Adaptado de NBR 15270-3 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS
TÉCNICAS, 2005, p.10).
Índice de Absorção d’água (AA)
Os corpos-de-prova devem ser recebidos, identificados, limpos, ter as
rebarbas retiradas e colocados em ambiente protegido que preserve suas
características originais. Após essa etapa, colocam-se todos os corpos-de-prova
dentro de uma estufa (105± 5)º C por aproximadamente 24 (vinte e quatro) horas
e, passado o referido tempo, pesa-os numa balança, em intervalos de 1h, ate que
duas pesagens consecutivas de cada um deles difiram em no máximo 0,25%. Com
isso, obtem-se a massa do tijolo seco (M
s
) em gramas.
Quando os corpos-de-prova estiverem na temperatura ambiente, coloca-
os em um recipiente com água e deixa-os fervendo por 2 (duas) horas, mantendo-os
sempre cobertos pela água. Em seguida, deixa-os esfriar, até chegar à temperatura
ambiente. Desta forma, retira-se por meio de um pano úmido o excesso de água da
superfície do corpo-de-prova e mede-se a massa saturada (M
h
) dos corpos-de-
prova em gramas.
Com a massa seca e saturada, calcula-se a absorção de água, que é dada
pela seguinte fórmula:
100x
Ms
MsMh
AA
−
=
, (4.6)
onde:
AA = absorção de água
M
h
= massa do tijolo em estado saturado
M
s
= massa do tijolo em estado seco
O índice de absorção d’água não deve ser inferior a 8% nem superior a 22%.
Resistência à compressão individual
Neste ensaio, a princípio, realiza-se a regularização das faces de trabalho
dos corpos-de-prova, devendo ser utilizadas pasta de cimento ou argamassas com
resistência superiores às resistências dos blocos na área bruta. Então, cobre-se uma
superfície com folhas de papel umedecidas, aplicando-se nesta uma pasta de
cimento, e em seguida, coloca-se a face destinada ao assentamento sobre essa pasta
(capeamento), exercendo sobre o bloco uma pressão manual suficiente para fazer
refluir à pasta interposta, de modo que a espessura não ultrapasse 3 (três)
milímetros; logo que a pasta endurece, retira-se com a espátula a rebarba
existente.
Em seguida, além disso, ocorre a regularização da face oposta, obtendo
assim, um corpo-de-prova com duas faces de trabalho devidamente regularizadas e
tanto quanto possível paralelas (Figura 4.11). Após o endurecimento das camadas
das pastas, os blocos são imersos em água potável durante 06 (seis) horas.
O corpo-de-prova deve ser colocado na prensa de modo que o seu centro de
gravidade esteja no eixo de carga dos pratos da prensa. O ensaio deve proceder de
forma que a tensão aplicada calculada em relação à área bruta se eleve
progressivamente à razão de (0,05±
±±
± 0,01) MPa/s.
Figura 4.11: Compressão axial do bloco de vedação.
4.3.3.2 Avaliação da atenuação da radiação X
a) Preparo da parede de alvenaria e suporte para transporte
Foram determinadas as quantidades de material para executar uma parede de
blocos cerâmicos para vedação, com 9,0 cm de espessura. Após a avaliação do material
através do ensaio de especificação, foram utilizados blocos cerâmicos de vedação com
dimensões de 193 ± 0,1 x 92 ± 0,1 x 188 ± 0,1 mm. Os valores adotados são a média
aritmética dos valores medidos conforme Anexo 01. Para uní-los, foi utilizada uma
argamassa pronta, cujas juntas não foram superiores a 1cm de espessura.
A parede foi executada em estrutura metálica sobre rodas para facilitar o
transporte para o Laboratório de ensaio, a mesma possui 90cm de largura por 150cm de
altura, com espessura de 13cm. A estrutura metálica sobre rodas para realização do
ensaio está mostrada na figura 4.12.
Figura 4.12: Representação e distâncias da estrutura metálica com blocos baritados para
posicionamento das paredes de alvenaria para o ensaio de atenuação dos materiais.
b) Posicionamento do arranjo experimental
Os ensaios de atenuação dos materiais propostos foram executados no
Laboratório da Seção Técnica de Desenvolvimento Tecnológico em Saúde do IEE/USP,
credenciado pelo INMETRO, empregando um equipamento de raios X Philips MCN
323 que opera entre 15 kV e 320 kV, foco grosso, corrente de 22,5mA nas tensões de 40
a 150 kV, com filtração adicional de 0,15, 0,25 e 4mmAl, respectivamente, utilizando
câmaras de ionização Radcal Corporation 10X5-6, de 6cm
3
e monitor de radiação,
modelo 9095.
A estrutura metálica contendo os blocos cerâmicos de vedação foi posicionado
entre as câmaras de ionização na direção do equipamento radiológico, para obter as
medições de atenuação. A figura 4.13 mostra a disposição dos equipamentos montados
no Laboratório do IEE-USP para o levantamento dos valores de kerma no ar
transmitidos, resultantes das medições para a espessura de parede de alvenaria de blocos
cerâmicos de vedação.
Figura 4.13: Arranjo experimental utilizado para a determinação das propriedades de
atenuação dos blocos cerâmicos.
O arranjo experimental foi configurado colocando-se a parede confeccionada
com blocos cerâmicos de vedação previamente assentados sobre a estrutura metálica
móvel. As dimensões consideradas para a medida da atenuação foram 10cm de
espessura, 90cm de comprimento e 90cm de altura. A figura 4.14 mostra o arranjo
experimental com as respectivas distâncias entre os equipamentos e a parede de
alvenaria.
(a)
(b)
Figura 4.14: Arranjo experimental utilizado para as medições dos fatores de atenuação
da parede de alvenaria como material de proteção em função da tensão. (a) Vista
superior e (b) Vista frontal. As distâncias utilizadas foram d
ref
= 175cm para a distância
entre o ponto focal (câmara de ionização) e o monitor de radiação, e a distância o
monitor de radiação e a face anterior da parede igual a 20cm.
c) Metodologia para avaliação da atenuação da radiação X
Como não foi possível realizar várias medições com espessuras de parede
diferentes, neste trabalho, será apresentada uma comparação dos resultados com a
parede de alvenaria, em termos de transmissão (ou atenuação) da radiação para uma
dada espessura em folhas de chumbo, com os resultados experimentais, referente a
argamassa baritada.
Determinação da equivalência em chumbo
Para determinação da equivalência em chumbo, foi utilizado um equipamento de
potencial constante (PHILIPS MGC40) do laboratório da Seção Técnica de
Desenvolvimento Tecnológico em Saúde do IEE/USP, uma câmara de ionização de
6cm³, da Radical Co., acoplada a um monitor de medição da radiação transmitida
modelo 9095, também fabricado pela Radical Co. Foram realizadas cinco medições nas
exposições utilizando 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140 e 150 kV, com
corrente de 22,5mA, durante 30s, usando foco grosso com filtração de 4mm de alumínio
(Tabela 5.13), primeiramente com a parede de bloco cerâmico (I - intensidade do feixe
de radiação X atenuada por uma espessura de material protetor) e conseguinte sem a
parede (I
o
- intensidade do feixe de radiação X não atenuada), com isso obtida a razão de
transmissão para cada tensão.
Em seguida, com esses dados obtidos, realizou-se esse mesmo ensaio utilizando
os mesmos parâmetros e equipamentos com folhas de chumbo MT 1404, para verificar
uma equivalência com relação à parede de alvenaria, obtendo um gráfico de kerma no ar
transmitido por equivalência em folhas de chumbo. As figuras 4.15 e 4.16 apresentam o
arranjo experimental e suas distâncias utilizadas para o cálculo de atenuação da radiação
X.
Figura 4.15: Arranjo experimental da equivalência em chumbo montado no Laboratório
do IEE/USP, utilizado para a determinação das propriedades de atenuação dos blocos
cerâmicos.
(a)
(b)
Figura 4.16: Distâncias utilizadas no arranjo experimental para as medições de kerma
no ar da equivalência em chumbo em função da tensão. (a) Vista superior e (b) Vista
frontal. As distâncias utilizadas foram d
prim
= 175cm para a distância entre o ponto focal
(câmara de ionização) e o monitor de radiação, e a distância entre o monitor de radiação
e a face anterior do sistema de suporte das folhas de chumbo igual a 20cm.
Através desta curva obteve-se a equivalência de folhas de chumbo pelas tensões
pode-se comparar aos resultados experimentais de três fabricantes argamassa baritadas
cedidos pelo IEE/USP. A metodologia para a avaliação das argamassas baritadas a
serem utilizadas como blindagem em salas de radiologia diagnóstica seguiu os
parâmetros e tabelas do NCRP 147 (2004).
Tabela 4.4: Configuração do arranjo experimental para a parede de blocos cerâmicos de
vedação e suporte com folhas de chumbo.
Parâmatros Parede de blocos cerâmicos (9cm)
Intensidade do feixe
Variável
*
Corrente do tubo 22,5mA
Foco Grosso – 4mm
Dprim
**
1750 mm
Distância entre o ponto focal e a face
da farede
1150 mm
Distância do monitor de medição e a
face da parede
20 cm
Temperatura do laboratório 25,1°C
Umidade Relativa 49%
Número de medições por intensidade
do feixe
cinco
Tempo de exposição para cada
medição
30s
*
Variação da intensidade do feixe de raio X: 40 a 150 kV.
**
Distancia entre ponto focal e o monitor de medição.
4.3.3.3 Caracterização final
Após os resultados das propriedades físicas e mecânicas dos blocos cerâmicos,
foram realizados ensaios de caracterização final: microscopia ótica e microscopia
eletrônica de varredura.
Microscopia Ótica
A microscopia ótica (MO) foi realizada com o objetivo principal de visualizar as
características superficiais e internas das microestruturas do bloco cerâmico fabricado.
A amostra analisada foi individualmente preparada para a análise microscópica
por meio de lixamento e polimento da superfície a ser analisada. Nesta análise, foi
utilizado um microscópio ótico (Olympus, BX-51) acoplado a uma microcâmera.
Microscopia eletrônica de varredura
A amostra estudada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi a mesma
que foi preparadas para a MO.
A análise foi realizada em um microscópico eletrônico de varredura (SSX-550,
Shimadzu) pertencente ao Centro de Tecnologia do Gás.
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 CARACTERIZAÇÃO DAS MATÉRIAS-PRIMAS – PARTE I
5.1.1 Análise química por fluorescência de raio X
A Tabela 5.1 e 5.2 contém os resultados da composição química, expressa na forma de
óxidos, dos principais constituintes das matérias-primas estudadas.
Tabela 5.1: Análise química semi-quantitativa da argila (% em peso).
Principais elementos (%) Matéria-
prima
SiO
2
Al
2
O
3
MgO Na
2
O P
2
O
5
Fe
2
O
3
MnO TiO
2
CaO K
2
O Outros
Argila 63,25 16,03 1,37 3,31 0,10 3,58 0,07 0,81 2,51 2,06 7,01
Com os resultados da Tabela 5.1 foi pressuposto que o elevado teor de óxido de silício
(SiO
2
) da matéria-prima (63,25 %) deve-se à presença de minerais argilosos e não-argilosos
que possuem o silício na sua composição química.
O óxido de alumínio (Al
2
O
3
) que geralmente é associado à presença do mineral illita,
foi o segundo óxido predominante na matéria-prima. Por conta do teor de óxido de ferro
(Fe
2
O
3
) inferior a 5 %, o bloco cerâmico deverá apresentar cores beges ou vermelho claro.
Os óxidos de cálcio (CaO) e de magnésio (MgO), os quais têm efeito fundente
moderado em temperaturas de queima abaixo de 1100 ºC, aparecem em quantidade de 2,51%
e 1,37% respectivamente. O óxido de sódio (Na
2
O) e o óxido de potássio (K
2
O), geralmente
presentes nos feldspatos, têm um efeito fundente intenso abaixo de 1100 ºC. A matéria-prima
estudada apresentou 3,31% e 2,06% respectivamente da quantidade desses óxidos.
Tabela 5.2: Análise química semi-quantitativa das baritas (% em peso).
Principais elementos (%)
Matéria-prima
Al
Si
S K Ca
Fe
Ba
Barita 01 0,07 0,26 15,32 n.d. n.d. 1,02 53,37
Barita 02 n.d. 0,29 17,36 1,08 n.d. n.d. 50,20
Barita 03 n.d. 0,24 15,39 n.d. 0,13 n.d. 54,53
Barita 04 0,06 0,34 16,35 n.d. n.d. 1,21 50,70
Barita 05 0,08 0,58 15,95 0,09 1,10 1,49 49,30
Barita 06 0,22 1,47 14,97 n.d. 0,11 4,68 46,77
Barita 07 0,20 2,19 16,55 0,19 n.d. 0,41 47,31
Legenda: n.d = não detectado
Observa-se que a composição química das amostras de barita analisadas é,
basicamente, bário e enxofre e eventualmente alguns óxidos de ferro, cálcio, sílica, alumínio e
potássio, resultando em cor alaranjada em algumas amostras. Nenhum dos teores dos
elementos, que poderiam ser considerados contaminantes, desabona a matéria-prima enquanto
parcelas da composição de partida de massa cerâmica para a fabricação de blocos cerâmicos
de vedação.
Observa-se que a barita n°3 apresenta maior percentual de bário, no entanto, devido a
problemas de chuvas que impossibilitaram o acesso a esse veio, foi escolhida para dar
continuidade as análises futuras ao trabalho à barita n° 02.
5.1.2 Análise granulométrica
A Tabela 5.3 contém os resultados do diâmetro médio (D
M
) das matérias-primas
estudadas e as percentagens de distribuição de tamanhos de partículas nas frações acumuladas
de 10 %, 50 % e de 90 %.
Tabela 5.3: Distribuição do tamanho médio de partículas da argila
Matéria-prima D
M
10% 50% 90%
Argila
7,42 µm 1,67 µm
6,45µm 14,28 µm
Barita
5,18 µm 0,85 µm
3,74 µm 10,87 µm
A partir dos resultados da Tabela 5.3. verifica-se que os dois tipos de matérias-primas
são de granulometria fina, as quais apresentaram diâmetro médio das partículas inferior a 10
µm.
5.1.3 Avaliação da plasticidade
A Tabela 5.4 apresenta os resultados dos limites de Atterberg e a classificação da
argila estudada.
Tabela 5.4: Limite de liquidez, limite de plasticidade, índice de plasticidade para a
classificação da matéria-prima argila.
LL LP IP Matéria-prima
(%)
Classificação
Argila 50,7
32,2
16,5
Altamente plástica
Sabendo-se que existe uma relação direta entre a granulometria com a plasticidade,
observa-se que a argila apresentou granulometria fina, sendo classificada com de alta
plasticidade.
5.1.4 Análise mineralógica por difração de raios X
Os resultados gerados, foram analisados por comparação dos picos gerados com as
cartas padrões do software ICPDF cadastradas no International Center for Diffraction Data
(ICDDA). A Figuras 5.1 e 5.2, contêm os difratogramas das matérias-primas estudadas.
Figura 5.1: Difratograma de raios X da barita n° 2.
Na figura 5.1 observa-se que a barita apresenta o Sulfato de Bário e Potássio e a Sílica,
o que pode ser confirmado pelos resultados das análises químicas desta matéria-prima.
Figura 5.2: Difratograma de raios X da argila.
De acordo com a Figura 5.2, observa-se a presença dos minerais argilosos hematita
(4), ilita (3) e calcita (2) em fases majoritárias, enquanto o único mineral acessório detectado
foi o quartzo (1).
5.1.5 Análise térmica
As Figuras 5.3 e 5.4 contém as curvas termogravimétricas das matérias-primas
estudadas.
Figura 5.3: Análise térmica da matéria-prima barita n° 2.
A partir da curva de análise termogravimétrica (ATG) pode-se observar que a perda de
massa mais significativa nesta amostra está compreendida no intervalo de temperatura entre
350 e 500ºC; o restante é liberado entre 500 e 750º C.
A partir da análise térmica diferencial (ATD) observa-se que a barita apresenta um
pico endotérmico (vale), nas temperaturas de 275ºC e 350ºC respectivamente. No intervalo de
temperatura entre 420 e 580º C é observado outro pico endotérmico.
Turcaniova et al. (2002) utilizam os dados de estudos em carbonatos efetuados por
McCauley e Johnson (1991) para justificar que as explosões mais intensas são causadas por
moléculas de água presentes na estrutura do mineral, as quais na temperatura de crepitação
(curva ATG) produziriam pressão de vapor de água similar à pressão necessária para romper
grãos minerais.
Os autores apontam ainda que é necessário notar também que em temperaturas
menores do que 350ºC o processo de desintegração dos materiais por crepitação espontânea é
conduzido por ruptura do material das inclusões minerais.
No presente trabalho, a perda de massa mais significativa observada na curva de ATG
está compreendida no intervalo de temperatura entre 350 e 500º C, valores mais elevados do
que os considerados por Turcaniova et al. (2002) para a desintegração dos materiais por
crepitação espontânea, que ocorre por ruptura do material das inclusões minerais. A
temperatura de 450ºC é correlata às temperaturas medida por microtermometria de inclusões
fluidas em exsudados de quartzo co-genéticos aos filões de barita (Cunha de Souza, 1996). A
esta faixa de temperatura está associado o fraturamento hidráulico observado na região
Seridó, ligado a atividade hidrotermal durante a fase final da orogênese brasiliana (Cunha de
Souza, 1996) na região onde foram coletadas as amostras, nos filões hidrotermais de barita.
Figura 5.4: Análise térmica da matéria-prima argila.
A Figura 5.4 corresponde ao gráfico de análises térmicas da argila. Os resultados
mostram a ocorrência de duas reações endotérmicas e uma exotérmica.
O primeiro pico endotérmico, a aproximadamente 60ºC corresponde à eliminação de
água constitucional ou água livre. A água se encontra adsorvida sobre a superfície das
partículas finas de caulinita.
No segundo pico endotérmico, que ocorre a aproximadamente 474 ºC, há a eliminação
dos íons OH
-
da estrutura cristalina, comportamento este que ocorre na faixa de 500 ºC a 700
ºC. Nesta mesma região de temperaturas ocorre a inversão térmica onde o quartzo passa de α
para β, em torno de 500 ºC. Estes dois eventos se sobrepõem sendo difícil a sua separação.
O pico exotérmico que ocorre a aproximadamente 900 ºC, se refere às reações de
cristalização de fases amorfas ou fases vítreas, oriundas da linita.
Com relação ao gráfico da ATG, até aproximadamente 200 ºC observa-se uma discreta
expansão devido à dilatação térmica que ocorre nos materiais, ao serem aquecidos. No
intervalo de 500 ºC e 600 ºC há uma retração brusca devido à eliminação de água
constitucional, característica da reação endotérmica da caulinita.
5.1.6 Petrografia
A barita analisada é ripiforme, prismática a xenoblástica, milimétrica a centimétrica,
possuindo fissuras preenchidas por quartzo. O quartzo, por sua vez, é xenoblástico, granular a
fibroso, intersticial, às vezes venular, sendo por vezes acompanhado por opacos
transformados em hidróxidos de ferro. Cristais milimétricos de barita tabular são observados
na Figura 5.5.
Legenda: Ba = barita / Hfe = Hidróxido de ferro / Qz = quartzo / N// = nicóis paralelos / NC = nicóis cruzados.
Figura 5.5: Petrografias barita n° 2. Baritito granoblástico com cristais tabulares de barita.
A amostra, corresponde a um baritito granoblástico com barita (97%), quartzo (2%) e
opacos (<<1%). A barita é granoblástica, uniforme a prismática, com extinção ondulante forte
a moderada, sendo sua granulometria de aproximadamente 1,0 mm. Localmente sofre
cataclase, com forte fragmentação. O quartzo é xenoblástico, granular a fibroso,
submilimétrico, intersticial e mais raramente ocorrendo como veios, formando agregados
granoblásticos. Os opacos são raros, intersticiais e submilimétricos.
Na figura (a) e (b), observa-se a presença de hidróxido de ferro e sílica (quartzo e
calcedônia) fibrosa nos insterstícios de primas alongados da barita. A figura (c), é uma
aproximação da figura (a) para 100X. Em (d), são mostrados os agregados da barita
prismática com arranjo granoblásticos, possuindo em seus interstícios cristais de quartzo e
sílica fibrosa.
5.2 CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS – PARTE II
5.2.1 Perda de massa ao fogo
A Tabela 5.5 contém os resultados da perda de massa ao fogo das formulações
estudadas com seus respectivos desvios padrões (DP) nas diferentes temperaturas de queima.
Tabela 5.5: Perda de massa ao fogo das formulações do protótipo cerâmico.
Perda de massa ao fogo (%) T (°C)
Ref. F
1
F
2
F
3
F
4
F
5
F
6
F
7
F
8
950°C 6,12 6,30 5,87
5,32 5,47 4,74 4,33 3,61 3,21
DP 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1
1000°C 7,8 7,03 6,98
6,18 6,06 5,95 5,07 4,67 3,77
DP 0,2 0,1 0,2 0,1 0,2 0,2 0,3 0,1 0,2
1050°C n.p.r. n.p.r. 9,22
10,09
10,61 9,97 8,74 6,88 6,07
DP n.d. n.d. 0,4 0,9 0,8 0,9 0,3 0,4 0,1
Legenda: n.d. = não detectado / n.p.r. = não possui resultado
De acordo com a Tabela 5.5, observa-se que a perda de massa em relação ao aumento
de temperatura é crescente para todas as amostras. Este comportamento pode ser melhor
visualizado graficamente pela Figura 5.6, a qual apresenta os resultados da perda de massa ao
fogo nas três diferentes temperaturas.
0
2
4
6
8
10
12
Ref. F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8
Formulações (%A-%B)
PF (%)
950°C 1000°C 1050°C
Figura 5.6: Comparação gráfica da perda de massa das formulações nas três
temperaturas: 950 ºC, 1000 ºC e 1050 ºC.
Considerando que a perda de massa de uma argila deve-se as transformações químicas
e físicas que ocorre no material quando submetidas a elevadas temperaturas, nota-se que o
comportamento das temperaturas de 950 e 1.000 ºC são semelhantes, nas duas há o
decréscimo dos valores com a diminuição da quantidade de argila. Fazendo uma comparação
da perda de massa com o teor de argila, observa-se que quanto maior a quantidade de minerais
argilosos, maior a perda de massa da matéria-prima.
Observa-se nas amostras a 1.050 ºC, que a perda ao fogo tende a aumentar até a
formulação F
4
(60A-40B), diminuindo em seguida; este comportamento é devido a uma
variação das amostras analisadas quanto ao percentual de argila plástica e não-plástica, uma
vez que a cerâmica trabalha com misturas variadas destes dois tipos de argilas.
5.2.2 Retração Linear
A Tabela 5.6 contém os resultados da retração linear de queima das formulações
estudadas com seus respectivos desvios padrões nas temperaturas de queima.
Tabela 5.6: Retração linear de queima das formulações do protótipo cerâmico.
Retração Linear (%) T (°C)
Ref. F
1
F
2
F
3
F
4
F
5
F
6
F
7
F
8
950°C 1,90 1,83 1,15 0,73 0,71 0,31 -0,31 -0,40 -0,48
DP 0,7 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
1000°C 6,19 3,07 2,13 0,83 0,85 0,09 -0,58 -0,26 -0,21
DP 0,9 0,6 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1
1050°C n.p.r. n.p.r. 2,27 1,27 2,35 0,91 0,60 0,50 0,05
DP n.d. n.d. 0,2 0,2 0,2 0,1 0,2 0,2 0,2
Legenda: n.d. = não detectado / n.p.r. = não possui resultado
A Figura 5.7 apresenta os resultados da retração linear das formulações em três
diferentes temperaturas.
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
Ref. F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8
Formulações (A%-%B)
RL (%)
950°C 1000°C 1050°C
Figura 5.7: Efeito da variação da formulação do bloco cerâmico na retração linear em
diferentes temperaturas.
A retração linear é uma propriedade importante para a determinação das dimensões do
produto final, bem como está relacionado ao grau de sinterização do material. Enquanto as
formulações nas temperaturas de 1.050 ºC apresentaram retração positiva, na temperatura de
950 ºC e 1.000 ºC obtiveram retração negativa, ou seja, expandiu. Essa expansão e retração da
barita está associada à desintegração dos materiais por crepitação espontânea, que ocorre por
ruptura do material das inclusões minerais; este fato é análogo ao fraturamento hidráulico
observado em baritas da região Seridó, ligado à atividade hidrotermal. (SOUZA, 1996).
As formulações F
1
a F
4
(90A-10B/80A-20B/70A-30B/60A-40B) contendo maior teor
de minerais de argila e a formulação F
5
(50A-50B) contendo igual, apresentam retração de
queima linear crescente com o aumento da temperatura. A utilização de uma alta taxa de
aquecimento provocou uma diminuição da retração linear de todas as formulações
comparadas com a amostra referencial, devido possivelmente, ao menor tempo de sinterização
do material. Este comportamento foi observado em todas as temperaturas, sendo a
temperatura de 1.000 ºC a que apresentou maior variação.
5.2.3 Absorção de água
A Tabela 5.7 contém os resultados da absorção de água de queima das formulações
estudadas com seus respectivos desvios padrões nas temperaturas de queima.
Tabela 5.7: Absorção de água de queima das formulações do protótipo cerâmico.
Absorção d'água (%) T (°C)
Ref.
F
1
F
2
F
3
F
4
F
5
F
6
F
7
F
8
950°C 9,55 10,23 11,26 11,54 10,94 10,95 10,30 9,83 9,71
DP 0,3 0,2 0,3 0,1 0,2 0,3 0,2 0,5 0,7
1000°C 4,07 9,00 10,46 11,63 11,56 11,00 9,94 9,96 11,26
DP 0,3 0,6 0,1 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1
1050°C n.p.r. n.p.r. 9,29 11,56 12,47 12,16 9,97 9,63 10,85
DP n.d. n.d. 0,2 0,4 0,4 0,2 0,2 0,6 0,2
Legenda: n.d. = não detectado / n.p.r. = não possui resultado.
Nota-se que as três temperaturas de queima possuem comportamento semelhante,
inconstância da absorção água, este comportamento está associado à retração linear do
material, devido ao processo de sinterização mais rápido. Observa-se que todos os resultados
se encontram dentro dos padrões normativos ≤25% (SANTOS, 1989).
Na Figura 5.8 pode-se observar os resultados da absorção de água dos corpos-de-prova
em três diferentes temperaturas.
2
4
6
8
10
12
14
Ref. F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8
Formulações (A%-%B)
AA (%)
950°C 1000°C 1050°C
Figura 5.8: Absorção de água em função das temperaturas dos corpos-de-prova estudados.
5.2.4 Porosidade Aparente
A Tabela 5.8 contém os resultados da porosidade aparente das formulações com seus
respectivos desvios padrões (DP) nas diferentes temperaturas de queima.
Tabela 5.8: Porosidade Aparente de queima das formulações do protótipo cerâmico.
Porosidade Aparente (%) T (°C)
Ref. F
1
F
2
F
3
F
4
F
5
F
6
F
7
F
8
950°C 20,28 22,27 24,86 26,07 26,02 26,76 26,72 26,07 27,04
DP 0,6 0,4 0,6 0,2 0,4 0,5 0,4 1,2 0,8
1000°C 9,76 20,19 23,64 26,55 26,48 27,18 25,91 26,95 30,99
DP 0,8 1,2 0,4 0,5 0,4 0,8 0,4 0,3 0,3
1050°C n.p.r. n.p.r. 20,75 25,94 28,64 29,07 26,02 26,35 29,59
DP n.d. n.d. 0,3 0,5 0,4 0,4 0,4 1,3 0,4
Legenda: n.d. = não detectado / n.p.r. = não possui resultado
Como a porosidade aparente quantifica a porosidade aberta do material, seu resultado
está associado à absorção água. Através das Figuras 5.8 e 5.9, observa-se que o
comportamento da porosidade aparente é o mesmo da absorção de água. A maior absorção de
água e porosidade aparente foram constatadas na maior temperatura 1.050ºC, encontradas nas
formulações F
5
(50A-50B) e F
6
(40A-60B) respectivamente, e todos os resultados se
encontram dentro dos padrões normativos ≤35% (SANTOS, 1989).
A Figura 5.9 apresenta o comportamento da porosidade aparente, das formulações
estudadas com relação às temperaturas de queima.
5
8
11
14
17
20
23
26
29
32
Ref. F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8
Formulações (A%-%B)
PA (%)
950°C 1000°C 1050°C
Figura 5.9: Porosidade aparente das formulações em função das temperaturas de queima.
5.2.5 Resistência Mecânica (RM)
A Tabela 5.9 contém os resultados da resistência mecânica das formulações estudadas
com seus respectivos desvios padrões nas temperaturas de queima.
Tabela 5.9: Resistência mecânica das formulações do protótipo cerâmico.
Resistência Mecânica (MPa) T (°C)
Ref. F
1
F
2
F
3
F
4
F
5
F
6
F
7
F
8
950°C 11,44 9,97 7,18 5,21 6,56 5,15 3,54 1,55 0,58
DP 1,1 0,6 0,9 0,7 0,3 0,6 0,6 0,3 0,0
1000°C 20,43 12,73 9,90 6,50 5,72 3,39 2,60 2,16 1,55
DP 2,4 0,8 0,6 0,5 0,2 0,4 0,3 0,3 0,4
1050°C n.p.r. n.p.r. 10,27 6,88 5,95 4,93 4,71 2,91 1,41
DP n.d. n.d. 1,0 0,8 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4
Legenda: n.d. = não detectado / n.p.r. = não possui resultado.
De acordo com a Tabela 5.9, pode-se observar que a tensão de ruptura a flexão em todas
as formulações e nas três temperaturas, apresentaram comportamento decrescente de valores
com o aumento do percentual de barita; da formulação F
5
em diante a tensão de ruptura à
flexão não se encontra dentro dos padrões normativos (≥5 MPa), nas três temperaturas,
devido as trincas e fissuras decorrentes da menor plasticidade da massa cerâmica e alto
valores de porosidade aparente. (SANTOS, 1989).
A Figura 5.10 apresenta a resistência mecânica das matérias-primas estudadas nas três
temperaturas.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Ref. F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8
Formulações (A%-B%)
RM (MPa)
950°C 1000°C 1050°C
Figura 5.10: Comparação gráfica da tensão de ruptura à flexão das formulações em três
temperaturas: 950 ºC, 1000 ºC e 1050 ºC.
Através dos ensaios físicos e mecânicos verificou-se a possibilidade da incorporação
de barita para utilização em blocos cerâmicos de vedação na indústria de Cerâmica Vermelha.
Os resultados experimentais indicam claramente que o aumento da temperatura ocasionou
uma ascensão da retração linear, possuindo menores valores na temperatura de 950°C,
gerando um produto sinterizado semelhante ao desenvolvido no projeto e com boa
estabilidade dimensional dos corpos queimados, resultando na redução do custo de produção.
Comparando-se a absorção de água e porosidade aparente com a formulação de partida,
verifica-se que houve um pequeno acréscimo nos valores nas três temperaturas; estes, porém
se encontram inseridos dentro dos padrões normativos.
Com isso, na Tabela 5.10 pode ser visualizado o resumo dos resultados das
propriedades tecnológicos dos corpos-de-prova sinterizados a 950, 1.000 e 1.050 °C. Ao
longo da fabricação das formulações foi observado que devido à barita ser insolúvel em água
e pela pequena proporção utilizada de argila, as formulações de números F
9
e F
10
, não
conseguiram ser compactadas, pois não possuíam plasticidade suficiente para serem
conformadas.
A formulação da amostra referencial, não é representativa na fabricação de blocos
cerâmicos para serem utilizados para blindagem de radiação, sendo fabricados somente para
estudo da matéria-prima argila e comparações de resultados. Verifica-se que na temperatura
de 1.050 °C, não possui os valores das formulações da amostra de referência (100A) e F
1
(90A-10B), pois houve vitrificação da argila nesta temperatura, não podendo ser realizado
ensaios com estas composições. Os valores que se encontram fora das especificações estão na
cor vermelha.
Tabela 5.10: Resumo dos resultados das propriedades tecnológicos dos corpos-de-prova
sinterizados a 950, 1.000 e 1.050 °C.
Propriedades Tecnológicas
Temperaturas Formulações
PF
(%)
DP RL
(%)
DP AA
(%)
DP PA
(%)
DP RM
(MPa)
DP
Referência 6,12 0,1 1,90 0,7 9,55 0,3 20,28 0,6 11,44 1,1
F
1
6,30 0,1 1,83 0,2 10,23 0,2 22,27 0,4 9,97 0,6
F
2
5,87 0,1 1,15 0,2 11,26 0,3 24,86 0,6 7,18 0,9
F
3
5,32 0,1 0,73 0,1 11,54 0,1 26,07 0,2 5,21 0,7
F
4
5,47 0,2 0,71 0,1 10,94 0,2 26,02 0,4 6,56 0,3
F
5
4,74 0,1 0,31 0,1 10,95 0,3 26,76 0,5 5,15 0,6
F
6
4,33 0,1 -0,21 0,1 10,30 0,2 26,72 0,4 3,54 0,6
F
7
3,61 0,1 -0,40 0,1 9,83 0,5 26,07 1,2 1,55 0,3
950 °C
F
8
3,21 0,1 -0,48 0,1 9,71 0,7 27,04 0,8 0,58 0,0
Referência 7,80 0,2 6,19 0,9 4,07 0,3 9,76 0,8 20,43 2,4
F
1
7,03 0,1 3,07 0,6 9,00 0,6 20,19 1,2 12,73 0,8
F
2
6,98 0,2 2,13 0,1 10,46 0,1 23,64 0,4 9,90 0,6
F
3
6,18 0,1 0,83 0,1 11,63 0,3 26,55 0,5 6,50 0,5
F
4
6,06 0,2 0,85 0,1 11,56 0,3 26,48 0,4 5,72 0,2
F
5
5,95 0,2 0,09 0,1 11,00 0,2 27,18 0,8 3,39 0,4
F
6
5,07 0,3 -0,58 0,2 9,94 0,2 25,91 0,4 2,60 0,3
F
7
4,67 0,1 -0,26 0,1 9,96 0,1 26,95 0,3 2,16 0,3
1.000 °C
F
8
3,77 0,2 -0,21 0,1 11,26 0,1 30,99 0,3 1,55 0,4
Referência - - - - - - - - - -
F
1
- - - - - - - - - -
F
2
9,22 0,4 2,27 0,2 9,29 0,2 20,75 0,3 10,27 1,0
F
3
10,09 0,9 1,27 0,2 11,56 0,4 24,94 0,5 6,88 0,8
F
4
10,61 0,8 2,35 0,2 12,47 0,4 28,64 0,4 5,95 0,8
F
5
9,97 0,9 0,91 0,1 12,16 0,2 29,07 0,4 4,93 0,7
F
6
8,74 0,3 0,60 0,2 9,97 0,2 26,02 0,4 4,71 0,6
F
7
6,88 0,4 0,50 0,2 9,63 0,6 26,35 1,3 2,91 0,5
1.050 °C
F
8
6,07 0,1 0,05 0,2 10,85 0,2 29,59 0,4 1,41 0,4
Especificações
*
ne ne
≤ 25 ≤ 35 ≥ 5
Legenda: * Segundo Santos (1989), ne = não especificado, DP = desvio padrão, PF = Perda de massa ao Fogo, RL = Retração Linear, AA =
Absorção de Água, PA = Porosidade Aparente e RM = Resistência Mecânica.
A F
4
(60A-30B) é uma formulação de transição entre as outras faixas de formulação,
pois seus resultados são diferenciados com relação aos outros na temperatura de 1.050°C. Isso
ocorreu devido a alta taxa de aquecimento, justamente com a sinterização em uma
temperatura muito elevada, influenciando para o desequilíbrio térmico das reações e a
amplitude da retração. Houve uma dificuldade da densificação proporcionando contração
excessiva, rápida e não uniforme; ocasionando o desenvolvimento de feridas no corpo
cerâmico aumentando a absorção de água e perda de massa ao fogo nesta.
Do exposto, pode-se verificar que a adição de 10% a 40% (F
1
a F
4
) do mineral barita
dentro da produção de blocos de vedação para cerâmica vermelha, é proveitosa e confiável,
nas três temperaturas. Porém para este trabalho foi escolhida a formulação F
3
(70A-30B),
com a temperatura de 950 °C, não havendo necessidade de temperaturas mais elevadas para
se obter bons valores de resistência desses materiais, contribuindo assim para a redução de
custos durante sua fabricação.
5.3 CARACTERIZAÇÃO ENSAIOS TECNOLÓGICOS DOS BLOCOS CERÂMICOS –
PARTE III
5.3.1 NBR 15270: Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural e de vedação – Parte 1,
Terminologia e requisitos, e Parte 3, Matérias e Métodos.
A NBR 15270-3 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNINCAS, 2005)
padroniza as formas e as dimensões de blocos cerâmicos de vedação a serem utilizados em
alvenaria, com ou sem revestimento.
Para o desenvolvimento das paredes de alvenaria foram utilizados blocos cerâmicos de
vedação fabricados em uma Indústria Cerâmica localizada em São Gonçalo - RN. Esse
material foi analisado quanto a sua especificação pela NBR 15270, Parte 1: Terminologia e
requisitos e Parte 3: Métodos de ensaio, forma e dimensões, absorção de água e resistência à
compressão (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2005).
Estes ensaios foram feitos com dez amostras através da análise visual, e com uma
régua graduada em mm, devidamente aferida, foram obtidos as dimensões da face, septos,
paredes externas, planeza das faces, desvio em relação ao esquadro, planeza das faces, índice
de absorção de água e resistência a compressão (Anexo 01). Na tabela 5.12 pode observar a
média dos resultados obtidos nas amostras.
Tabela 5.12: Resultados da avaliação quanto à especificação dos blocos cerâmicos de vedação
para alvenaria.
MATERIAL AVALIADO (bloco cerâmico para vedação)
ESPECIFICAÇÃO
(itens avaliados)
RESULTADO NORMA
Características visuais
Todos os blocos cerâmicos
analisados apresentaram
trincas e fissuras. Somente
o número 10, apresentou
desuniformidade de cor.
Os blocos não devem
apresentar defeitos
sistemáticos,tais como
quebras, superfícies
irregulares ou
deformações.
Dimensões efetivas
(CxLxH) mm
(193 x 92 x 188) ± 0,1
(190 x 90 x190) ± 3
Paredes externas (mm)
8,5±0,6
≥7
Septos dos blocos (mm)
7,4±0,6
≥6
Desvio com relação ao
esquadro (mm)
2,5±0,7
≤3
Planeza das faces (mm)
4,3±1,8
≤3
Índice de Absorção de
água (%)
10,5±0,4
8 ≤AA≤25
Resistência à compressão
(MPa)
1,50±0,1
≥1,5
Em função destes resultados, pode-se afirmar que os blocos cerâmicos estão quase
dentro de todos os padrões exigidos para a execução de paredes de alvenaria; somente a
planeza das faces e desvio em relação ao esquadro, não se encontram dentro dos padrões
normativos. Mesmo assim, foi dada continuidade aos trabalhos, uma vez que o objetivo
principal é a avaliação da capacidade de atenuação deste material quando submetido a feixes
de raios X.
5.3.2 Avaliação da atenuação da radiação X
Determinação da equivalência em chumbo
Conforme descrito no item 4.3.3.2 c, as curvas de equivalência em chumbo são obtidas
após a medição da razão de transmissão na parede de bloco cerâmico ensaiado e do valor de
kerma no ar nas folhas de chumbo. A tabela 5.13 mostra a média dos valores da razão de
transmissão (I/I
o
) para cada tensão (kV).
Tabela 5.13: Média dos valores da razão de transmissão, resultantes das medições para a
parede de bloco cerâmico em diferentes tensões. As incertezas apresentadas correspondem ao
desvio padrão da média de cinco medições.
Tensão (kV) Razão de transmissão (I/I
o
)
40
0,0001±
±±
±0,0001
50
0,0016±
±±
±0,0002
60
0,0054±
±±
±0,0005
70
0,0096±
±±
±0,0003
80
0,0153±
±±
±0,0009
90
0,0215±
±±
±0,0012
100
0,0278±
±±
±0,0012
110
0,0341±
±±
±0,0052
120
0,0407±
±±
±0,0032
130
0,0407±
±±
±0,0043
140
0,0532±
±±
±0,0062
150
0,0594±
±±
±0,0240
Para construir os gráficos de atenuação foi utilizado o programa Origin 6.0, onde
foram medidas o kerma no ar transmitido em diferentes tensões com relação à equivalência
em folhas de chumbo, obtendo com esses parâmetros a equação da reta. Os resultados do
kerma no ar transmitido em função das folhas de chumbo nas diferentes tensões são
apresentados na tabela 5.14.
Tabela 5.14: Média dos valores de Kerma no ar, resultantes das medições para diferentes
espessuras de folhas de chumbo em diferentes tensões (kV). As incertezas apresentadas
correspondem ao desvio padrão da média de cinco medições.
Tensão kV Espessura da folha de
chumbo (mm)
Kerma (mGy)
0,369
0,0010±
±±
±0,0005
40
0,492
0,0003±
±±
±0,0001
0,369
0,0093±
±±
±0,0006
50
0,492
0,0047±
±±
±0,0011
0,369
0,1225±
±±
±0,1940
60
0,492
0,0222±
±±
±0,0006
0,369
0,1426±
±±
±0,0004
70
0,492
0,0716±
±±
±0,0006
0,369
0,3449±
±±
±0,0021
80
0,492
0,1921±
±±
±0,0011
0,492
0,4032±
±±
±0,0019
90
0,616
0,2575±
±±
±0,0017
0,492
0,6282±
±±
±0,0042
100
0,616
0,4067±
±±
±0,0020
0,369
1,4098±
±±
±0,0033
110
0,492
0,8081±
±±
±0,0026
0,369
1,8342±
±±
±0,0041
120
0,492
1,0574±
±±
±0,0018
0,369
2,3272±
±±
±0,0058
130
0,492
1,3508±
±±
±0,0040
0,369
2,8982±
±±
±0,0169
140
0,492
1,6872±
±±
±0,0188
0,369
3,5778±
±±
±0,0276
150
0,492
2,1246±
±±
±0,0116
Legenda:
0,369 mm = 3 folhas de chumbo MT 1404
0,492 mm = 4 folhas de chumbo MT 1404
0,616 mm = 5 folhas de chumbo MT 1404
Com a equação da reta de cada gráfico foi obtido o valor de x e assim construído o
gráfico de equivalência em chumbo para as tensões. Em seguida, foram comparados esse
resultado com os resultados experimentais de três fabricantes de argamassa baritadas cedido
pelo IEE/USP.
A Figura 5.11, mostra a comparação dos resultados da parede de alvenaria com bloco
cerâmico baritado com três fabricantes de argamassa baritadas existentes no mercado em
função da tensão e equivalência em folhas de chumbo.
Figura 5.11: Comparativo dos blocos cerâmicos baritados com argamassas baritadas
existentes no mercado, em função da tensão e equivalência de chumbo.
Na Figura 5.11, pode-se observar que no caso da parede de bloco cerâmico baritado, a
equivalência de chumbo não é constante com relação à tensão, variando de 0,5 a 0,8 mm de
folha de chumbo.
Comparando os resultados do bloco cerâmico baritado com as argamassas baritadas,
observa-se que o material cerâmico obteve uma excelente performance, pois consegue uma
equivalência em chumbo menor para todas as tensões utilizadas.
Sabe-se que as barreiras protetoras das salas de radiologia variam de acordo com sua
utilização, energia do feixe, quantidade e técnica das radiografias feitas, tipo de equipamento
utilizado e grau de ocupação das áreas vizinhas. Portanto, de acordo com a empresa de
Radiação Núcleo 2009, em salas de raios X de pequeno porte podem considerar a aplicação
de folhas de chumbo (Pb), um valor habitual de 2,00 mm de espessura, no entanto, a depender
das condições do serviço este valor poderá ser maior ou menor. A espessura correta é
necessariamente determinada por um projeto de radioproteção específico e sua eficácia deve
ser comprovada por ensaio radiométrico posteriores.
Com base nisto, os valores dos blocos cerâmicos baritados (aproximadamente 1mm),
são suficientes para blindar uma sala de radiação X, com segurança, pois são necessários
somente 2,00 mm de chumbo enquanto os valores de equivalência deram de 0,5 a 0,8 mm.
5.3.3 Caracterização final
A Figura 5.12 mostra a fotografia dos blocos cerâmicos extrudados e queimados na
temperatura de 950 ºC com taxa de aquecimento de 20 ºC/min.
Figura 5.12: Fotografia dos blocos cerâmicos extrudados e queimados na temperatura de 950
ºC.
5.3.3.1 Microscopia ótica e eletrônica
A Figura 5.13 apresenta as micrografias, obtidas por Microscopia Ótica (MO) e
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), das superfícies de fratura. Essas micrografias
são referentes ao bloco cerâmico queimado na temperatura de 950 ºC. A Figura 5.14 apresenta
a microanálise obtida por EDS da amostra analisada.
Figura 5.13: Micrografias obtidas por MO e MEV da superfície de fratura do bloco cerâmico
queimada a 950 ºC. (a) MO 50 X, (b) MO 100 X, (c) Pontos para análise EDS 200X e (d)
MEV 800X.
Observa-se na Figura 5.13 (a) e (b) que os pontos mais claros são cristais de sílica. A
figura 5.13 (c) mostra os pontos para a análise de EDS e a 5.13 (d) mostra um cristal de barita.
(a)
(b
)
(c
)
(d
)
(a)
(b)
(c)
Figura 5.14: Resultados analíticos por EDS das áreas A, B e C da Figura 5.13 (c),
respectivamente.
A Figura 5.14 corresponde aos resultados de microanálise obtidos por EDS nos pontos
A, B e C da micrografia da Figura 5.13 (c). Os resultados mostram claramente que a região A
corresponde a cristais de sílica, é a mais escura; a região B corresponde a barita, é a mais
clara; e a região C corresponde a matriz argilosa. Verifica-se que a região que corresponde à
barita apresenta uma microestrutura típica de um material de elevada porosidade,
caracterizado por grãos finos formando aglomerados. Verifica-se ainda que estes grãos estão
em um estágio intermediário de sinterização, visto que a formação de pescoços entre as
partículas finas é bastante evidente e pronunciada.
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Baseando-se nos resultados apresentados neste trabalho, pode-se concluir que:
Os percentuais de barita a partir de 10% a 40%, incorporados na matriz cerâmica,
obtiveram os melhores resultados em termos de propriedades tecnológicas.
A utilização de barita nas formulações das massas cerâmicas foi de fundamental
importância para determinar a proporção ideal de cada material para a obtenção das
melhores propriedades tecnológicas.
No caso de formulações com argilas e barita para fabricação de blocos cerâmicos de
vedação, a temperatura de 950°C foi a ideal para processamento dessa argila
incorporada com a barita, não havendo necessidade de se trabalhar com temperaturas
mais elevadas para obter bons valores de resistência desses materiais, contribuindo
assim para a redução de custos durante sua fabricação.
A incorporação de barita em uma amostra referencial de argila apresentou expressivos
valores quanto ao comportamento do material no processo, quanto à economia do
produto final, contribuindo para o decréscimo do custo de produção, além de diminuir
o consumo de argila e utilizar um mineral abundante no estado do Rio Grande do
Norte.
A composição formulada com concentração de 20% de barita e 80% de argila permitiu
a fabricação de blocos cerâmicos de vedação.
Os blocos cerâmicos obtidos a partir da formulação proposta contendo 20% de BaSO
4
alcançaram os níveis de aceitação para serem classificadas como bloco cerâmico para
alvenaria de vedação, se mostraram resistentes e foram aprovados nos testes realizados
conforme a norma NBR 15270-1/05 e 15270-3/05.
Os resultados obtidos mostraram que paredes confeccionadas com blocos cerâmicos,
podem ser aplicadas em salas radiológicas. Esta afirmação é baseada no comparativo
com fabricantes de argamassa baritada que foram obtidos em função dos resultados
experimentais. Fazendo uma comparação entre os materiais tradicionalmente usados,
como por exemplo, o chumbo e os confeccionando no presente estudo, pode-se
afirmar que uma parede de 9cm de espessura feita com blocos cerâmicos baritados é
equivalente a 0,5mm a 0,8mm de chumbo, conforme mostrado na figura 5.11. Assim
sendo, ter-se-á uma redução de custos na execução da proteção, bem como facilidade e
uniformidade na aplicação do material.
Sugestões para trabalhos futuros
Estudar a influência de taxa de aquecimento mais lenta nas propriedades finais de
massa cerâmicas;
Estudar a incorporação de barita em tijolos de solo-cimento observando suas
propriedades tecnológicas;
Realizar medições com varias espessuras para aprofundar o estudo do ajuste semi-
empírico desenvolvido por Archer, melhorando assim as curvas de atenuação e as
curvas resultantes da equivalência de materiais, para posterior aplicação no cálculo de
barreiras de proteção. Utilização dos resultados como banco de dados em programas
computacionais destinados ao cálculo de barreiras de proteção.
Comparar os resultados atuais com a adição de 10%, 30% e 40% de barita na massa
cerâmica observando a atenuação a radiação X.
Estudar a incorporação de barita a partir de 10% a 40%, com o acréscimo de 1% em
cada percentual, ou seja, realizar um estudo mais detalhado para obter o percentual
ideal na formulação da massa do bloco cerâmico.
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APÊNDICES
APÊNDICE A - Resultados da avaliação quanto à especificação dos blocos cerâmicos
de vedação para alvenaria
Especificação dos blocos cerâmicos de vedação para alvenaria
N° Bloco
Comprimento
(mm)
Largura
(mm)
Altura
(mm)
Desvio
em
relação
ao
esquadro
(D)
(mm)
Planeza
das
faces
(F)
(mm)
Paredes
Externas
(mm)
Septos
dos
blocos
(mm)
01
194 92 188 3,0 7,0 9,0
8,0
02
193 92 189 3,0 7,0 9,0
7,0
03
193 92 187 3,0 3,0 9,0
8,0
04
192 91 188 3,0 6,0 9,0
7,0
05
194 91 188 2,0 3,0 9,0
8,0
06
193 92 188 3,0 3,0 8,0
7,0
07
193 91 189 2,0 3,0 8,0
8,0
08
194 91 189 2,0 6,0 9,0
7,0
09
191 92 189 3,0 2,0 7,0
7,0
10
192 91 189 0,5 3,0 8,0
7,0
Média
193 92 188 2,5 4,3 8,5
7,4
DP
0,1 0,1 0,1 0,7 1,8 0,6
0,6
Resultado
193±0,1 92±0,1 188±0,1
2,5±0,7 4,3±1,8
8,5±0,6 7,4±0,6
LEGENDA: DP = desvio padrão.
Especificação dos blocos cerâmicos de vedação para alvenaria (continuação)
N° Bloco Massa seca
(m
s
)
(Kg)
Massa úmida (m
u
)
(Kg)
Absorção de água
(AA)
(%)
Resistência a compressão
(MPa)
01
2,512 2,772 10,350
1,39
02
2,494 2,764 10,826
1,52
03
2,504 2,756 10,064
1,61
04
2,512 2,770 10,271
1,57
05
2,516 2,776 10,344
1,59
06
2,518 2,778 10,326
1,45
07
2,526 2,798 10,768
1,49
08
2,532 2,816 11,216
1,52
09
2,510 2,774 10,518
1,43
10
2,506 2,750 9,737
1,38
Média
2,518 2,783 10,4
1,50
DP
0,0 0,0 0,4
0,1
Resultado 2,5 2,8
10,4±0,4 1,50±0,1
LEGENDA: DP = desvio padrão
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