Resumo - Os Pequenos edifícios substituem-se por prédios altos e arranha-céus. Esta questão faz
surgir um dos problemas em que decorrem luz natural no prédio, devido à obstrução de estruturas
vizinhas. Devido a este problema,o uso de fontes artificiais de iluminação em prédios aumentou
significativamente. Por isso, é essencial reduzir o consumo de luz artificial em edificações. Este é
considerado um dos melhores materiais sensores disponíveis e tem sido amplamente utilizado desde
1990. O arquiteto húngaro, Aron Losonczi, introduziu pela primeira vez a ideia de transmitir luz pelo
concreto em 2001 e, em seguida, conseguiu chegar ao primeiro bloco de concreto transparente em
2003, chamado LiTraCon.Visto que concreto é resistente à compressão e pouco eficiente em relação a
tensão e flexão.
Index Terms—OFRC, Transparent Concrete, Lux, LITCON
I. INTRODUÇÃO
A. Geral
O concreto tem um papel-chave no desenvolvimento da infra-estrutura e habitação.
Devido ao grande crescimento econômico, crescimento populacional e a utilização do
espaço no mundo inteiro, assim há mudanças drásticas na tecnologia da construção.
Pequenos edifícios são substituídos por prédios altos e arranha-céus.Por esta questão
surge um dos problemas em que decorrem luz natural no prédio, devido à obstrução de
estruturas vizinhas. Devido a este problema, o uso de fontes artificiais de iluminação do
prédio aumentou. Por isso, é essencial reduzir o consumo de luz artificial na estrutura.
Considerado um dos melhores materiais sensores disponíveis, tem sido amplamente
utilizado desde 1990. O arquiteto húngaro, Aron Losonczi, introduziu pela primeira vez
a ideia de transmitir luz pelo concreto em 2001 e, em seguida, conseguiu chegar ao
primeiro bloco transparente de concreto em 2003, chamado LiTraCon. Visto que
concreto é forte em compressão e fraco em tensão e flexão.
B. Consumo de energia
Uso doméstico total de energia elétrica; 30% da electricidade é usada para iluminar
apenas, portanto é necessário utilizar luz natural para iluminar interior do edifício.
1) Fibra Ótica
A ideia de usar a luz para envio de mensagens é desenvolvida desde o século VIII a.c. ,
quando os gregos utilizavam sinais de incêndio para enviar alarmes ou chamadas para
conseguir ajuda. Foi apenas em meados da década de 1960, que Charles K. Kao
determinou que o vidro tinha uma perda de 20 db/km, o que levou os pesquisadores a
explorarem métodos para fazer um vidro mais puro. Esta descoberta desencadeou uma
revolução na indústria de telecomunicações como uma nova indústria de processamento
das fibras ópticas, se tornou comercialmente importante. As fibras ópticas têm grande
capacidade de transmissão de luz.
As típicas fibras de hoje são feitas de vidro ou de plástico uma vez que é possível torná-
los fino e longo. Também ambos, vidros e plásticos, são transparentes em particular
comprimentos de onda, que permitem que a fibra guie a luz eficientemente. A fibra é
constituída por um núcleo com alto índice rodeado por uma camada de revestimento
interno com índice menor. O núcleo e o revestimento podem ser feitos de plástico e de
vidro. Para plásticos, o centro pode ser de poliestireno ou Polimetacrilato e o
revestimento geralmente é de silicone ou teflon para vidros ambos, o revestimento e o
núcleo são feitos com sílica com pequenas quantidades de dopantes como o Boro,
Germânio para alterar seu índice.
Existem grandes diferenças existentes entre os dois materiais quando usados para fazer
a fibra ótica. Com o núcleo de plástico as fibras são mais flexíveis e baratas em
comparação com fibras de vidro. Eles são mais fáceis de instalar e podem suportar
maiores tensões e pesar 60% menos do que a fibra de vidro. Mas as perdas, limitam o
seu uso em aplicações de comunicação. As fibras de plástico são práticas para pequenas
distancias, tais como no interior de edifícios. Assim, devido à sua natureza restritiva as
fibras com núcleo de vidro são mais usadas, pois elas são capazes de transmitir luz
eficientemente para grandes distâncias.
2) Comum e Recomendado níveis de luz interior
O nível de luz exterior é aproximadamente 10 000 lux em um dia claro. Nos edifícios,
em áreas próximas das janelas, o nível de luz pode reduzir-se para aproximadamente
1000 lux. Nas áreas do meio pode ter níveis muito baixos. Antes era comum os níveis
de luz estarem entre 100 - 300 lux para atividades normais. Hoje o nível de luz mais
comum é entre 500 - 1000 lux - dependendo da atividade. Para trabalhos precisos e
detalhados, o nível de luz pode se aproximar de 1500 - 2000 lux.
C. Objetivos da Presente Investigação
Tradicionalmente o concreto é considerado apenas como um membro estrutural, mas
recentemente esse conceito está mudando e o uso do concreto como material decorativo
nas estruturas tem surgido. Observou-se que alto desempenho do concreto usando fibras
ópticas também pode ser utilizado como um material decorativo para melhorar a
elegância da estrutura, tornando-a parcialmente transparente. Assim, este projeto
pretende atingir os objetivos como:
Fazer um concreto parcialmente transparente usando fibra ótica em sua
composição garantindo boa aparência para a estrutura.
Estudar a melhora no desempenho do concreto na transmissão de luz, utilizando
fibra ótica e melhorar o desempenho da estrutura na obtenção de luz natural.
Estudar a economia de energia para iluminação usando o bloco transparente
nos edifícios.
Estudar os custos efetivos para esse melhor desempenho do concreto.
D. Teoria da Luz
A eficácia do fio depende de sua capacidade de orientar o raio de luz por longas
distâncias com as menores dispersão ou absorção de luz possíveis. Isso significa que a
fibra óptica deve apresentar reflexão interna total nos fios, assim, quando se considera a
propagação da luz por uma fibra óptica o índice de refração dielétrica média precisa ser
contabilizado. Como raios de luz tornam-se incidente sobre uma interface entre dois
dieléctricos com índice diferente de refração, essa ocorre entre os dois meios. Isso pode
ser melhor descrito através da Lei de Snell para refração com estados, N1sinØ1=
N2sinØ2, esta equação mostra que em certos ângulos a reflexão interna parcial surgirá,
como também em outros ângulos a reflexão interna total ocorrerá conforme mostrado na
figura a seguir.
Figura 1: Figura 1: Light Ray Diagram (Diagrama do Raio de Luz)
Esta relação pode, então, ser usada para encontrar o ângulo crítico Oc que serve como a
limitação no caso de refração e o ângulo de incidência. Ao lançar o raio de luz em um
ângulo Ø > Oc , dentro da fibra óptica, uma típica fibra óptica com reflexão interna
total, como visto na figura 2, que se reflete no mesmo ângulo que o normal, levando os
meios dielétrico mostrados na figura 2, com o centro de sílica tendo o índice refração do
n1 e o revestimento interno de sílica com um índice menor de refração de n2. Com esta
configuração é possível enviar informações através raios de luz que pode se propagar
através de uma fibra óptica com pouca perda ou distorção.
Figura 2: Total internal refletion between 2 dieletric mediums ( Reflexão total interna entre 2 meios
dieletricos)
1) Tipos de Fibra Ótica
Existem 3 tipos básicos de fibra ótica: fibra multimodo graded-index, fibra multimodo
step-index e fibra monomodo step-index. A fibra multimodo pode propagar centenas de
modos de luz ao mesmo tempo enquanto a fibra monomodo propaga apenas um modo
como mostra a fig. 3.
Figura 3: Optical Fibre (Fibra Ótica)
A diferença entre as fibras graded-index e step-index é que, a fibra graded-index tem
um núcleo cujo índice de refração varia de acordo com a distância de eixo da fibra,
enquanto a step-index tem o núcleo com o mesmo índice de refração ao longo da fibra.
As fibras monomodo propagam luz em um percurso bem definido, efeitos da dispersão
intermodal não estão presentes, permitindo que a fibra opere em distancias maiores que
a fibra multimodo. Por outro lado, as fibras multimodo possuem grande dispersão
intermodal devido aos muitos modos de propagação de luz de uma só vez. Neste
documento, a intensidade da luz que passa por blocos de concreto com fibra óptica é
medida em lux, unidade de medição de luz.
II. CONCRETE DESIGN MIX (M30)
A. Moldagem dos Cubos
Os cubos foram preparados pela compactação do concreto em três camadas. A mesa
vibratória foi usada para compactação do concreto. Após a realização da compactação, o
excesso de material foi removido e o molde foi nivelado com movimentação.
B. Desmolde e Cura dos Cubos
Os moldes foram mantidos intactos na plataforma nivelada. Em seguida, foi
cuidadosamente desmoldado depois de decorridas 24 horas, da fundição imediatamente
após a desmoldagem, os cubos foram marcados com suas respectivas
identificações/números (ID). Cuidadosamente transferimos esses cubos para o tanque de
água para cura.
III. TESTANDO AS AMOSTRAS
A. Resistência à compressão
Os testes dos cubos foram realizados em uma máquina de ensaio de compressão com
capacidade para 2000 kN para determinar a força de compressão do design mix.
1) Testando a amostra para a reflexão de luz
Etapa 1 - Prepare as 5 caixas de contraplacado de tamanho 0,3m x 0,3m x
0,75m. Coloque 4 cubos de cada percentual em caixas separadas para verificar a
intensidade da luz refletida por meio do bloco de concreto para diferentes
percentuais de fibras no concreto.
Etapa 2 - Preparar as 8 caixas de contraplacado de profundidade 0,75m com
diferentes áreas da superfície, para verificar o reflexo da intensidade da luz
através dos blocos de concreto para diferentes superfícies com percentagem
constante de fibra. (para 4% e 5% de fibras apenas )
IV. RESULTADOS ANALISADOS
Os resultados obtidos a partir de ensaios de concreto convencional e concreto fibra
óptica é tabelado. Dois testes são efetuados com o concreto endurecido, tais como
resistência à compressão e quanto a luz refletida através dos blocos de concreto. As
fibras ópticas são utilizadas em bloco de concreto em 5 percentagens diferentes, varia de
1% a 5% da superfície. Este blocos de concreto são então testadas para resistência
compressiva após 3 dias, 7 dias. Reflexão da luz por blocos de concreto de cada
percentual foi verificado antes dos 28 dias para testes quanto à compressão.
A. Resultados para Força de Compressão
Os cubos de concreto foram testadas em máquina de ensaio de compressão com
capacidade de 2000 KN após período de cura de 3 dias, 7 dias e 28 dias. Os resultados
obtidos encontram-se na tabela 2.
B. reflexão da luz nos blocos (para diferentes porcentagem de fibra):
Depois de 28 dias antes de cura os cubos antes testados para forças compressivas,
reflexão da luz através de 4 blocos de concreto (superfície 0,09 m) de cada % de fibra
ótica foi testado. Os resultados obtidos encontram-se na tabela 3.
C. reflexão da luz por blocos (de diferentes área de bloco):
Depois,a reflexão da luz foi verificada através de blocos de concreto com 4 e 5% de
fibras ópticas, mas para as diferentes áreas da superfície. Os resultados dos mesmos são
tabuladas na tabela 4 e 5.
V. ANÁLISE DE CUSTOS
VI. EFICÁCIA NA TRANSMISSÃO DE LUZ ATRAVÉS DOS BLOCOS DE
CONCRETO.
A. Consumo da energia para iluminação artificial
• Consumo de energia quando uma lâmpada 60 watts é utilizada para iluminação de 30
dias para 8 horas = 60 X 30 X 8 = 14400 = 14.4 Units
B. Período de retorno do investimento:
1) Para 0,45 m²área (20 blocos) com referência a comparação da tabela de custos;
diferença de custo inicial para 20 N° de cubos = Rs. 3876.35 - Rs. 285.50 = Rs. 3590.85
/-
• Energia economizada em um espaço residencial em um ano = 14.4 X 4.85 X 12 =
838.08 /- Rs
• Período necessário para recuperar quantidade extra de OFRC do bloco transparente =
3590.86/838.08 = 4.285 Years § 4.3 Years
• Energia economizada em um espaço comercial/industrial em um ano = 14.4 X 7.9 X
12 = 1368.58/- Rs
• Período necessário para recuperar quantidade extra de OFRC do bloco transparente =
3590.85/1368.58 = 2.624 Years § 2.7 Year
A partir da análise de custo e prazo de retorno do investimento, foi confirmado que , o
período de recuperação para bloco transmissor de luz é de 4,3 anos para uso residencial
e é 2,7 anos para uso comercial . O período de retorno é muito menor em relação às
prestações do transmissor de luz concreto. Da mesma forma período de retorno para
outras áreas são tabulados abaixo
VII. DISCUTINDO RESULTADOS
A. Resistência à Compressão
Conforme o trabalho experimental o resultado mostra que em 3 dias forças
compressivas de blocos de concreto diminuir de 25,176 N/mm2 para 16,125 N/mm2, a
resistência as forças compressivas é diminuído devido ao aumento da porcentagem de
fibra óptica.
Da mesma forma, para 7 dias tem-se a redução da força compressiva 34.956N/mm2
para 26.378N/mm2, e para 28 dias a redução da força compressiva de 47,208 N/mm2
para 38.167N/mm2 .
B. Reflexão de Luz
Na tabela de nº 3 a 5, a radiação externa da luz solar é máxima no período da tarde
quando comparado com os períodos da manhã e da noite, ou seja 1092, 1193 e 1075 no
lux às 12h, 1h, 2h resp.
A intensidade da luz que passa através do bloco de concreto com 1% de fibra (1% da
superfície dos blocos de concreto) em face da caixa é 125,5 e 149,8 e 108,8 no lux.
(11,5, 12,6 e 10,1 em porcentagem) .
A intensidade da luz que passa através do bloco de concreto com 2% de fibra (2% da
superfície dos blocos de concreto) em face da caixa é 186,219 & 161 no lux. (17,18.4 e
15 em porcentagem). A intensidade da luz que passa através do bloco de concreto com
3% de fibra (3% da superfície dos blocos de concreto) em face da caixa é 215.3,247 e
201,8 no lux. (19,7, 20,7 e 18,8 em porcentagem).
A intensidade da luz que passa através do bloco de concreto com 4% de fibra (4% da
superfície dos blocos de concreto) em face da caixa é 217,3 e 250,5 & 203º no lux
(19,9, 21 e 18,9 em porcentagem ).
A intensidade da luz que passa através do bloco de concreto com 5% de fibra (5% da
superfície dos blocos de concreto) em face da caixa é 242.278 e 226º no lux. (22,2, 23,3
e 21 em porcentagem).
C. Combinação da Discussão sobre forças compressivas e a reflexão da luz
Os resultados e os gráficos, desenhados de acordo com as tabelas, acima apresentados,
pode-se observar que a resistência à compressão de blocos de concreto reduz com o
aumento da percentagem de fibras (por exemplo, a percentagem de área de superfície de
blocos de concreto) comparado com o bloco utilizando apenas concreto.
Com referência ao gráfico nº 6 pode-se observar que
A intersecção da linha de 28 dias das forças compressivas e a linha da
porcentagem de fibra utilizada. Ela dá a melhor porcentagem de fibra usada em
blocos de concreto.
• Ele também mostra que o ponto de intersecção da linha alvo forças compressivas e 28
dias de forças compressivas .
A partir dessa observação pode-se concluir que não há diferença no ponto de interseção
que permite um aumento da porcentagem de fibras sem cair as forças compressivas a 28
dias.
As observação e comentários discutidos em pontos anteriores desse projeto foi efetuada
em 4% e 5% de fibras (isto é percentual de área de superfície de blocos de
concreto ) ,porque para 5% de fibra as forças compressivas são um pouco menores do
que força e alvo de 4%, e é ligeiramente superior à meta.
VIII. CONCLUSÃO
A. Geral
Com referência às discussões anteriores sobre fabricação de concreto transmissor de luz,
a resistência à compressão, a capacidade de transmissão de luz através dela, e a eficácia
de custo as seguintes conclusões podem ser feitas.
B. conclusões em relação à resistência à compressão
Como por discussão na análise dos resultados, conclui-se que a mesma concepção de M
30, a resistência à compressão do concreto transmissor de luz (4%) é reduzido em 30 %,
20 %, 18% para 3dias7dias e 28 dias, respectivamente, que do concreto convencional .
Para alcançar o equilíbrio entre forças compressivas e percentagem de fibras ópticas no
cubo, foi feita a avaliação dos cubos com diferentes porcentagens de fibras ( 1 % a 5%).
Estes resultados experimentais estão expostos a seguir, que proporciona uma ótima %
de fibras ópticas para ser usado. Assim 4% as fibras são usadas para um estudo mais
aprofundado.
C. conclusões a respeito da transmissão da luz através da luz transmitindo
Bloquear :
A transmissão da luz através do bloco depende da porcentagem de fibra óptica utilizada
na área de superfície. A transmissão da luz aumenta com o aumento da porcentagem de
fibra óptica. A intensidade da luz que passa através do bloco é de, no máximo, 13H. O
máximo da intensidade da luz que passa através do bloco de 1% de fibra é 149,8 lux a
face da caixa da mesma forma, para 2% de fibra é de 219 lux, de 3% de fibra 247 lux,
4% de fibra 250,5 lux, de 5% de fibra é de 278 lux. Antes era comum com os níveis de
luz no intervalo de 100 a 300 lux para as atividades normais. Hoje o nível de luz é mais
comum no intervalo de 500 a 1.000 lux - dependendo da atividade. Para precisão e
trabalhos detalhados, o nível de luz poderá estar entre 1500 - 2000 lux. Na Tabela 3, 4 e
5, pode-se concluir que, a condição de luz exterior varia de dia nublado e dia limpo,
mas o tempo máximo durante análise experimental estava nublado. A intensidade de luz
exterior varia de 0 lux para 1193 lux no dia entre 7 :00 e 19:00. Na tabela nº. 4 e 5 está
claro que o valor médio de transmissão de luz através bloco é suficiente para as
atividades diárias, tais como visitas gerais, trabalho normal em escritório ,trabalho no
computador, trabalho com desenhos detalhados, trabalho mecânico muito detalhado, o
desempenho de tarefas visuais de baixo contraste e tamanho muito pequeno por
períodos prolongados de tempo e no local, tais como Supermercados, oficinas
mecânicas, Office paisagens, estudo biblioteca, supermercado, salas de exposição,
laboratórios, armazéns, casas, teatros , arquivos, Classes. Esta luz difusa é muito útil
principalmente para lugares onde o trabalho é feito no computador.
D. As conclusões relativas ao custo:
Mesmo que o custo inicial do concreto transmissor de luz seja 12 vezes maior que o
do concreto convencional, com o contínuo aumento na tarifa a pagar voltando ao
cálculo feito, a partir da análise de retorno financeiro, pode-se concluir que uma parede
com 16 blocos (0,360 m² de área construída) poupa em custos com electricidade
838.03/ -Rs. Portanto, o período de retorno de montante excedente investido para bloco
transmissor de luz será recuperado em 3,5 anos para consumo residencial e 2,1 anos
para consumo industrial e comercial. Além disso, reduzirá as emissões de dióxido de
carbono que é perigoso para o meio ambiente. Portanto, esta pode ser tratada como um
alto desempenho concreto. O uso deste alto desempenho do concreto transmissor de luz
é benéfico para proteger mãe terra.
E. Conclusão quanto à resistência à compressão e a reflexão da luz
A partir tabelas de resultados e os gráficos desenhados de acordo com as tabelas , pode-
se concluir que a resistência à compressão de blocos de concreto reduz com o aumento
da percentagem de fibras . (por exemplo, a percentagem de superfície de blocos de
concreto utilizado em bloco de concreto. Como por observação e comentários discutir
em pontos anteriores do projeto foi efetuada em 4% e 5% de fibras. (isto é percentual de
área de superfície de blocos de concreto ) ,porque para 5% de fibra as forças
compressivas são um pouco menores do que força e alvo de 4% é ligeiramente superior
à meta.
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