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 up201802790@fe.up.pt António Figueiredo up201806839@fe.up.pt

Almany Dachala up201806247@fe.up.pt Eliana Ferreira up201808883@fe.up.pt

António Araújo up201809526@fe.up.pt Leonardo Ciampi up201800984@fe.up.pt

António Carreira up201806458@fe.up.pt

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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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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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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

[1]. Agência Regional de Energia e Ambiente da região autónoma da Madeira (nd) Cálculo

da resistência termica de materiais de isolamento térmico para edifícios. Acedido a

13/10/2018. Disponível em: aream.pt/files/2016/05/Resistencia-termica-de-materais-

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[2]. Baêta, F. e Sartor, V. (1999) Resistência dos materiais e dimensionamento de

estruturas para construções rurais (Dissertação). Universidade Federal de Viçosa. Brasil.

Bibliografia

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• Shimomura, A., Duarte, D. et al (nd) Ambientes Fechados (Apresentação)

Universidade de São Paulo . São Paulo. Acedido a 16/10/2018. Disponível

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