Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
EL BIG MAC
Painel de parede Sustentável
Projeto FEUP 2018/2019 - Mestrado Integrado em Engenharia Civil
Equipa 11MC08_02:
Supervisora: Ana Sofia Guimarães Monitora: Diana Barbosa
Estudantes & Autores:
Alberto Forcelius [email protected] António Figueiredo [email protected]
Almany Dachala [email protected] Eliana Ferreira [email protected]
António Araújo [email protected] Leonardo Ciampi [email protected]
António Carreira [email protected]
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Relatório Projeto FEUP 2/17
Resumo
No âmbito da unidade curricular de Projeto FEUP, foi proposto realizar um painel de
parede com desperdícios não orgânicos, seguindo os critérios de estética, peso, resistência
à deformação, estanquidade à água, resistência térmica e isolamento acústico.
Realizou-se uma pesquisa para os diferentes materiais a utilizar e quais as vantagens
e inconvenientes de cada um. Decidiu-se utilizar uma placa de esferovite para o isolamento
térmico, caixas de ovos para o isolamento sonoro, espuma de poliuretano entre cada camada
para selar os elementos e aumentar o isolamento e por fim uma camada fina de selante de
poliuretano para a estanquidade à água.
Com a realização dos ensaios verificou-se que o painel tem uma elevada resistência
à deformação e é bastante leve. Relativamente ao isolamento térmico, o resultado poderia
ser melhorado, utilizando uma espessura de esferovite superior e maior quantidade de
espuma de poliuretano, sendo que estas alterações certamente provocariam um aumento da
diferença de temperatura no teste realizado. Em relação ao isolamento sonoro, obtiveram-se
bons resultados a altas frequências, mas resultados não tão favoráveis a frequências mais
baixas, em grande parte devido ao baixo peso do painel.
Concluindo, elaborou-se um painel que no geral obedecia aos critérios definidos, fácil
de replicar, barato e sustentável.
PALAVRAS-CHAVE: Projeto FEUP, sistema construtivo, ensaios, painel, isolamento,
madeira, esferovite, poliuretano, estanquidade
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Relatório Projeto FEUP 3/17
Agradecimentos
Gostaríamos de agradecer sobretudo à nossa supervisora Ana Sofia Guimarães e à
nossa monitora Diana Barbosa pela orientação e apoio para a realização deste projeto.
Não podíamos deixar também de agradecer ao Eng.ª António Eduardo Costa pelo tempo
e disponibilidade despendidos para a realização dos ensaios.
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Relatório Projeto FEUP 4/17
Índice
Lista de figuras ............................................................................................................... 5
Lista de tabelas .............................................................................................................. 5
1. Introdução ................................................................................................................... 6
2. Fundamentação teórica .............................................................................................. 7
2.1 Resistência da estrutura ........................................................................................ 7
2.2 Resistência térmica ............................................................................................... 8
2.3 Isolamento acústico ............................................................................................... 9
2.4 Estanquidade à água .......................................................................................... 10
3. Metodologia .............................................................................................................. 11
4. Resultados ................................................................................................................ 13
4.1 Resistência mecânica ......................................................................................... 13
4.2 Resistência térmica ............................................................................................. 14
4.3 Isolamento Acústico ............................................................................................ 14
4.4 Peso .................................................................................................................... 15
5. Conclusão ................................................................................................................. 16
Referências bibliográficas ............................................................................................. 17
Bibliografia .................................................................................................................... 17
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Relatório Projeto FEUP 5/17
Lista de figuras
Figura1 – Simulação da geometria de uma caixa de ovos
Figura 2 - Geometria ondulatória da caixa de ovos
Figura 3 - Caixilho pregado à tábua de madeira
Figura 4 - Corte da esferovite á medida do interior do caixilho
Figura 5 – Painel de parede finalizado
Lista de tabelas
Tabela 1 – Resistência térmica de materiais isolantes para várias espessuras
Tabela 2 – Resultados dos ensaios à resistência térmica
Tabela 3 – Resultados obtidos no ensaio de isolamento acústico.
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1. Introdução
A Engenharia Civil é a área da engenharia utiliza conhecimentos em várias áreas,
nomeadamente da ciência dos materiais incluindo o aproveitamento de resíduos, reciclagem
de materiais e de utilização de materiais de nova geração. Nos dias de hoje há cada vez mais
preocupação com o meio ambiente e com as alterações que nele provocamos e por isso, os
conceitos de sustentabilidade e reciclagem são pontos fulcrais a ter em conta pelo
Engenheiro(a) Civil. Considerando os pontos acima referidos surgiu a seguinte questão: será
que é possível criar uma construção sustentável, que satisfaça as exigências da população
atual e que ao mesmo tempo seja viável e eficaz?
O objetivo deste projeto é então criar um painel de parede com desperdícios domésticos
que obedeça aos requisitos de conforto da população atual, tais como, por exemplo, o
aquecimento de uma casa, o isolamento sonoro, a resistência do edifício, entre outro.
O painel elaborado foi submetido a ensaios em que se avaliou a resistência mecânica da
estrutura, a resistência térmica e o isolamento acústico, sendo que painel foi construído tendo
em conta a estética, peso, reprodutividade e estanquidade à água. Em função destas
características os materiais foram escolhidos ao detalhe tendo sido feita uma pesquisa dos
melhores materiais a utilizar considerando que deveriam baratos e sustentáveis e
nomeadamente desperdícios.
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2. Fundamentação teórica
Para a elaboração do painel e com base nos critérios de qualidade do mesmo procedeu-
se à seleção dos materiais a utilizar. Para isso teve de se perceber que materiais têm
resistência mecânica, estanquidade à água, os que armazenam melhor o calor e os que têm
melhor isolamento acústico, tendo sempre em conta que, em primeiro lugar, deveriam ser
desperdícios que pudessem ser reciclados.
Nas seguintes secções fazemos referência aos materiais utilizados e o porquê de termos
escolhido os mesmos.
2.1 Resistência da estrutura
A resistência do painel de parede refere-se à resistência que o painel tem relativamente
aos esforços que nele são submetidos. Estes esforços são gerados pelas forças de tração e
compressão (Baêta e Sartor 1999) [1]. Sabendo a constituição do material conseguimos
perceber se o material resiste a uma dada força ou se rompe, como também conseguimos
perceber que deformações nele ocorrem.
Para este critério decidiu-se utilizar a madeira, por ser um material com características
elásticas, ou seja, quando é aplicada uma força ocorrem deformações que voltam ao seu
estado primordial quando a força deixa de ser aplicada. (Baêta e Sartor 1999). Para além das
propriedades elásticas, a madeira é um material de origem vegetal que é facilmente reutilizado
e reciclado. O aglomerado de madeira utilizado, isolado por melamina e silicone, confere
grande resistência à deformação e estanquidade à água ao painel. Aliado a estas
características, o peso da madeira que se reutilizou também foi um ponto a favor para a
escolha deste material, como também a facilidade de o encontrar, por exemplo em pontos de
recolha de entulhos.
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2.2 Resistência térmica
A resistência térmica tem a ver com a condutividade térmica dos materiais e, segundo
Siqueira, Freitas e Ribeiro (2010) [2] a condutividade térmica é definida pela capacidade que um
material tem para transmitir calor e por isso existem materiais que transmitem bem o calor ou
pelo contrário transmitem mal o calor. Neste caso o interesse é reter o calor no interior da
casa/edifício, por isso o material a ser utilizado deve ser um mau condutor térmico, sendo assim
um bom isolador térmico, ou seja, tem menos perdas de calor para o exterior. Para a resistência
térmica há uma relação entre a espessura do material e a sua condutividade térmica,
demonstrada pela seguinte fórmula:
Em que: R – Resistência térmica do material
E – Espessura do material
- Condutividade térmica do material
Para este critério achou-se que o poliestireno expandido (esferovite) seria uma boa escolha
como isolante térmico e como material reciclado. Segundo a Agência Regional da Energia e
Ambiente da Região Autónoma da Madeira a condutividade térmica do poliestireno expandido
(esferovite) é de 0,036 w/m.k. Observando a Tabela 1 na página seguinte, que indica a
resistência térmica de materiais isolantes para cada espessura, nota-se que o poliestireno
expandido é o 2º melhor isolante térmico entre os restantes materiais isolantes. Com base nestes
dados decidiu-se utilizar o poliestireno expandido e o que se encontrou foi espessura igual a
7cm, cuja resistência térmica é de 1,94 m2.k/W.
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Tabela 1 – resistência térmica de materiais isolantes para várias espessuras
2.3 Isolamento acústico
O isolamento acústico é o processo pelo qual se objetiva impedir a transmissão sonora
de um ambiente para o outro, eliminando o ruído. O isolamento acústico está relacionado com
a capacidade que o determinado material tem de bloquear o som ou ruído de um meio para
o outro. Esta relação pode ser descrita na seguinte formula que relaciona a energia absorvida
e a energia incidida:
Em que
α : coeficiente de absorção sonora
W(α) : energia absorvida
W(I): energia incidida
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Um material com superfície irregular isola melhor o som, pois permite uma boa difusão e
reflexão do mesmo e por esse motivo decidiu-se utilizar caixas de ovos pela sua geometria
ondulatória. Na Figura 1 podemos observar que o lado que absorve o som é mais irregular e
que tem geometria semelhante à de uma caixa de ovos como se pode ver na Figura 2.
Complementando a caixa de ovos, decidiu-se utilizar a espuma de poliuretano pois devido à
sua porosidade evita as trocas sonoras entre o interior e o exterior.
2.4 Estanquidade à água
A estanquidade da parede deve-se à cobertura do aglomerado de madeira e ao selante de
poliuretano. O selante de poliuretano é um bom isolador da água e fácil de aplicar devido à sua
elasticidade no estado líquido, o que facilita o seu manuseamento, permitindo cobrir todas as
áreas propicias a infiltrações. Quando solidificado perde a sua elasticidade, não possibilitando
que condições adversas o removam com facilidade, tornando assim o preenchimento mais
seguro. A solidificação do selante de poliuretano também gera maior estabilidade à estrutura.
A tábua de madeira é revestida de melamina que regularmente é usada revestir a madeira
pois é mais resistente sobretudo às infiltrações de líquidos.
Fig.1 – simulação da geometria de uma caixa de ovos
Fig.2 – Geometria ondulatória da caixa de ovos
Fonte: https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-755246341-caixa-de-ovo-pacote-com-140-unidades-novas-_JM
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3. Metodologia
Para a elaboração do painel começou-se por escolher os materiais a utilizar para cada
camada correspondente à resistência da estrutura, resistência térmica, isolamento sonoro e
estanquidade à água, tendo em conta que se deveria montar um caixilho de medidas 70x70x15
cm.
Cortaram-se quatro tábuas de madeira reutilizada de espessura 1,6cm para montar o
caixilho, em que duas delas foram cortadas com medidas 70x15cm e outras duas com medidas
68,4x15 cm, sendo posteriormente pregadas.
Para conferir resistência ao painel decidiu-se pregar ao caixilho outra tábua de madeira
reutilizada de medidas 75x75cm, o que também
serviu para evitar que a água atingisse as camadas
interiores do painel. No sentido de impedir que
houvesse\ fugas entre o caixilho e a
tábua de madeira que pudessem alterar os
resultados dos ensaios, revestiram-se as bordas do
caixilho com de espuma de poliuretano expandido.
Por sua vez cortou-se a esferovite com medidas
65x65x7 de modo a caber no interior do caixilho. A
espuma utilizada para selar o caixilho também serviu
para selar a esferovite ao mesmo. É de notar que,
para selar a esferovite ao caixilho deve deixar-se cerca de 1cm para posteriormente colocar a
espuma.
Utilizou-se 1250ml de espuma de
poliuretano expandido.
Para isolamento acústico utilizaram-se
20 caixas de ovos de (18 caixas com
capacidade de 6 ovos e 2 com capacidade
de 24 ovos) seladas também com espuma
(que serviu também para preencher os
espaços vazios que sobraram) e dispostas
de forma a preencherem toda a área do
caixilho.
Fig. 3- Caixilho pregado à tábua de madeira
Fig. 4 - Corte da esferovite á medida do interior
do caixilho
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Por fim revestiu-se toda a superfície do painel (excepto a interior) com um selante de
poliuretano, utilizando-se 200ml.
Fig. 5 – Painel de parede finalizado
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4. Resultados
Neste tópico apresentar-se-ão os resultados obtidos nos ensaios feitos ao painel e
comparar-se-á aos resultados obtidos de outros 5 painéis elaborados com materiais
diferentes.
4.1 Resistência mecânica
Os testes para avaliar a resistência mecânica foram obtidos exercendo uma carga,
primeiramente exercida por uma massa de aproximadamente 90kg até ser percebida alguma
cedência da estrutura que ocorreu por volta da sexta vez que foi aplicada a força.
Posteriormente foi exercida uma carga aproximadamente 240kg (4 pessoas) sobre o painel,
percebendo-se alguma cedência por volta da quinta vez que foi aplicada a força.
Exteriormente o painel não evidenciou deformações pelo que podemos afirmar que resiste a
uma carga de 240kg, sendo resistente.
A cedência referida acima pode-se ter sido da esferovite da segunda camada do painel
pois de todos os materiais utilizados é o menos resistente.
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4.2 Resistência térmica
Resultados dos ensaios à resistência térmica
Tab. 2 – Resultados dos ensaios à resistência térmica
Quanto à resistência térmica, foi utilizada uma lâmpada de infravermelhos para aquecer
o interior do painel durante 7 minutos. A temperatura exterior ao painel era de 24ºC (igual à
temperatura inicial no interior do painel) e no decorrer dos 7 minutos a temperatura no interior
do painel passou a 31,69ºC, pelo que se pode concluir que que o mesmo isolou 7,69ºC. Com
a subida da temperatura, consequentemente a humidade relativa também aumenta, o que se
pode observar na tabela 2. Considerando as condições e características do painel, este
revelou ter uma boa resistência térmica, mas está abaixo da média dos 6 ensaios, sendo que
o melhor resultado obtido foi 11,7ºC. Avaliando os resultados pode-se dizer que a colocação
de esferovite de maior espessura poderia melhorar os resultados de resistência térmica.
4.3 Isolamento Acústico
Resultados obtidos no ensaio de isolamento acústico
.
Este ensaio foi feito com um aparelho que propagava o som com uma intensidade de
90Db que é prejudicial para a saúde. Avaliando a Tabela 3 percebe-se que o painel isola bem
Interior Exterior
Temperatura
isolada
Temperatura (Cº) 31,69 24,00 7.69ºC
Humidade relativa (%) 62.3 49.9
Frequência
(Hz) 125 200 500 1000 2000 4000 Média
Resultado
(Db) 69.9 73.8 66.1 62.8 56.2 51.0 68.5
Tab. 3 – Resultados obtidos no ensaio de isolamento acústico.
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o som a altas frequências, mas acontece o contrário a baixas frequências, devido à pouca
massa que tem. Contudo o facto de isolar bem a altas frequências é uma vantagem pois são
as altas frequências que os seres humanos conseguem captar. Em média o painel conseguiu
isolar 21,5 Db dos 90Db emitidos pelo aparelho. Este valor está próximo da média (68,48Db),
sendo o 4º melhor painel isolador de som.
4.4 Peso
O painel foi pesado, tendo massa igual a 12,3Kg, podendo afirmar que a estrutura é
bastante leve o que explica o fraco isolamento sonoro a baixas frequências. Não obstante o
facto de ser leve é uma vantagem, já que se conseguiu obedecer a este critério.
Comparando com os outros resultados este painel é o 4º mais leve sendo que o mais leve
pesa 5,31Kg, tendo o mesmo problema do isolamento sonoro a baixas frequências.
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5. Conclusão
Como foi possível observar os materiais utilizados para a construção do painel tiveram
um desempenho relativamente bom, pois apesar de não possuir um bom isolamento acústico,
obteve-se bons resultados quanto aos aspetos de resistência mecânica e resistência térmica.
E diante disso, pode-se dizer que com algum aprimoramento na questão acústica, seria uma
ótima opção para uso na construção civil de casas sustentáveis, já que possui uma
reprodutividade e custo acessíveis.
A realização do projeto permitiu saber mais acerca das propriedades dos materiais e
como a Engenharia Civil é útil e aplicável em qualquer situação.
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Relatório Projeto FEUP 17/17
Referências bibliográficas
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da resistência termica de materiais de isolamento térmico para edifícios. Acedido a
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Bibliografia
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