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Thesis

1. Planta 1 cd 2 60 q 140 1350 p 150 1 50 20 19 ha 20 IA ti Vo TT a E _ 20 SAI ey Emi I 10 HeH Wit o O 50 1 00 PR Eje Planta 2 9 1000 K 0 2500 i 2 9000 a 2 7000 s pe 3 0500 n 5 3000 Y ee 1 7000 3 6000 i 1 4 2000 18 0000 1 6500 Y i 0 5500 i i To kl 7 4500 6 3000 gt 3 9500 2 8500 ml Y Y Y 7 4000
2. 41 Quadro 3 4 Dosagem de gua consoante a rela o 2 C ccoonccconnccocnconcnnncncnnnnnnnnnnnnncnanonos 44 Quadro 3 5 Dosagem dos constituintes dos bet es occcocccoccccccnccncnconnncncncnncononncnnrncnanonos 44 Quadro 3 6 Curva granulom trica da brita composta bago de arroz e brita 1 45 Quadro 3 7 Composi es dos bet es au ictal Renae ane 46 Quadro 3 8 Massa dos constituintes dos bet es por betonagem 46 Quadro 3 9 Abaixamento e massa vol mica em estado fresco oonccconccccncccconcnccnnnnnoncnnnnos 57 Quadro 3 10 Resultados da massa volumica seca e das propriedades mecanicas dos DOIOCS ns RS 58 Quadro 3 11 Redu o percentual das propriedades mec nicas entre bet es 58 Quadro 3 12 Classe de resist ncia dos bet es leves ooccconcccoccccccncoonnoncnonncononnnnncncnanonos 60 Quadro 3 13 Coeficientes de condutibilidade t rmica ccoooccccoocnnnconnnnnooononcnannnnanos 61 Quadro 4 1 Esquema ilustrativo dos inputs e Outputs das simula es 68 Quadro 4 2 Coeficientes de transmiss o t rmica dos elementos estruturais e espessura m nima de isolamento t rmico eae aaa rara 101 XIV ABREVIATURAS AVAC Sistema de climatiza o BAN Bet o convencional com agregados de massa vol mica normal BEAL Bet o Estrutural com agregados leves BL 1 Bet o com agregados gross
3. Balconies in LWC SINTEF Re 150 pagina Wb Holm T A Bremner T W 1992 High Strenght Lightweight Concrete High Performance Concrete and Aplications Ed S Ahmad and S P Shah Holm T A Lightweight Concrete and aggregates Test and Properties of Concrete Cap 48 Standard Technical Publication 169 C ASTM 1994 p 522 532 Isolani Peraldo Efici ncia energ tica nos edif cios residenciais Manual do consumidor Lisboa 2008 ITE50 Coficientes de transmiss o t rmica de elementos da envolvente dos edif cios Laborat rio de engenharia civil LNEC Carlos A Pina dos Santos e Lu s Matias Vers o actualizada 2006 40p Portugal Jakobsen S E The use of LWAC in the Ponttons of the Nordhorland floating bridge Second International Sympsium on structural lighteight aggregate concrete 18 22 June Kristiansand Norway Editors S Helland et al 2000 pp 73 78 110 John L Clarke Strucutural Lightweight Aggregate Concrete Editor Blackie Academic Professional an imprint of Chapman amp Hall Wester Cleddens Road Glasgow First edition 1993 Johnsen H S Helland e E Heimdal COnstruction of the Stovset Free Cantilever Bridge and the Nordhordland cable stayed bridge International Synpsosium on structural lightweight aggregate Concrete 20 24 June Sandefjord Norway Editors Holand et al 1995 pp 373 379 Lanham Ana Gama Pedro Braz Renato Arquitectura Bioclim tic
4. Ana Coeficiente de condutibilidade de provetes em equil brio com a humidade relativa ambiente 65 75 Asat Coeficiente de condutibilidade de provetes saturados Asec Coeficiente de condutibilidade de provetes secos Ap s 15 dias em estufa Tendo em considera o os resultados indicados no Quadro 3 13 tal como seria de esperar verifica se que o coeficiente de condutibilidade t rmica varia proporcionalmente com o teor de humidade sendo naturalmente superior nos bet es mais h midos Comparando o coeficiente de condutibilidade t rmica nos provetes secos face aos provetes saturados verifica se que os betoes leves podem apresentar um decr scimo superior no coeficiente de condutibilidade dado a maior porosidade e absor o de gua dos agregados leves que conduzem a maiores varia es do teor de humidade no bet o Segundo o documento FIB 1983 s o usualmente referidas varia es de 2 a 6 na condutibilidade t rmica por cada varia o de 1 no teor em gua do bet o No presente estudo tendo em conta os resultados indicados no Quadro 3 13 verifica se que em termos m dios s o observados varia es de 4 3 4 6 e 5 1 no coeficiente de condutibilidade por cada grau de humidade respectivamente para os bet es com agregados normais bet es com agregados grossos leves e bet o com agregados grossos e finos leves O incremento observado tende a ser menos nos bet es de menor a c conforme se pode observar no Anexo H Co
5. 70 00 68 00 66 00 64 00 62 00 60 00 zUU UMA OJUIWDI JIJ 9P IPPPISSIIAN BN 1 BN 2 BN 3 BL1 BL2 BL3 BL4 BN 1 BN 2 BN 3 BL1 BL2 BL3 BL4 4 Seco E Saturado z Seco E Saturado E ai E co D D MO AAA de mM mM r a D a aa O O 3 T 2 2 co sa co 2 co ET co 3 o co 2 o 00 4 gt os ZA SO T 0 5 co t a 1 CME a E LILAA AF iz E l co co co O O O O O O O O O O O OO O O O O O O to ta fis D a AM AAA A 1 E 2 N N A O A O NN NM NA NN N N WO WO LA LA NJ N NA NA NA F NNN N N NAN a a a a a a zLU UMA OJUSWID2AJBIIY W YM gt OUSWIDIJaIIV cUI UNVI OJUBUIDaJa JJ y IP IPPPISSIDIN ap apepissa an ap apepissazan A E aa CEEE mM PAS PASSAS co O co ATAR A ACA N WM N PITT E e co a r a ul 1 3 7 3 a a i a 8 Sy ss LLL 2 a _ VA thie 5 _ 5 4 e 5 g 0 a E 4 N es ros 4 N G MMMM z z CEC 5 WHEE 5 T Mm UMM im MM S a ca Z faa aa O O OO 0 CO CO O O O O OnNono no O O O O O LN O LN O DNNA CO a En 2 VN es e Oo oo N N NNNNA mM m N a a a a a A A A A zUU UMM 01Uua uu 1934911 y zLU UMA 01Ua uu 193191 9P IPPPISSIIIN ap IPRPISSIIIN zUU UMA 01Ua uu 193 91 9P IPPPISSIIIN Necessidades nominais de energia til para arrefecimento para a Hong Kong no per odo de Ver o b Figura 4 25 do de Ver o d S o Paulo no per odo anual e Cidade do Cabo no per odo
6. o em edif cios Envolvente e comportamento t rmico Abril 2008 Canovas Manuel Fernandez Hormigon Madrid Espanha Colegio de Ingenieros de caminos canales y puertos S ptima edici n 2004 Chen H J T Yen e T P Lai A new proportion method of light weight aggregate concrete based on dividing strenght Internat Symp on structural lightweight aggregate concrete 20 24 June Sandefjord Norway Editors Holand et al 1995 pp 463 471 Chi J M R Huang C C Yang J J Chang Effect of aggregate properties on the strength and stiffness of lightweight concrete Cement and Concrete Composites Volume 25 Issue 2 February 2003 pp 197 205 Comite Euro International du Beton Internacional Federation for Prestressing Lightweight Aggregate Concrete Manual of Design and Techonology New York Longman Inc 1977 169 p CEB FIB 1977 Cruz P Jalali S e Magalh es A 2000 BETOES LEVES Estado do conhecimento e aplica es estruturais Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho Cruz e Magualh es 2000 Department of Energy Energy Efficiency and Renewable Energy Plus Manual US Department of Energy USA Abril de 2004 109 Ernest Orlando EnergyPlus Input Output Reference 2013 Lawrence Berkeley National Laboratory US Department of Energy EUA Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory Input Output Reference US Department of Energy EUA 2009 EuroLightConR2 LW
7. 0 0077 NoLimit m s Ww NoLimit m3 s Ww ConstantS ensibleHe dimensionless 0 7 percent 60 None percent 30 None m s 0 00944 x Figura 4 17 Objeto HVAC Tempate Zone Ideal Loads Air System No objeto HVAC Template Zone Ideal Loads Air System associado o termostato criado ao sistema de ar condicionado Os restantes par metros foram preenchidos por defeito pelo programa apresentando se na Figura 4 17 os campos de entrada preenchidos 4 2 8 Output Reporting Os outputs que ser o utilizados e analisados em todas as simula es s o os seguintes e Temperatura do ambiente exterior C Site Outdoor Air Drybulb Temperature e Temperatura do ambiente interior C Zone Mean Air Temperature e Ganhos de calor atrav s dos v os envidra ados W Zone Windows Total Heat Gain Rate e Perdas de calor atrav s dos v os envidra ados W Zone Windows Total Heat Loss Rate e Fluxo de calor pelas superf ces opacas W m Surface Inside Face Conduction Heat Transfer Rate per Area e Consumo energ tico na esta o de aquecimento W Zone Ideal Loads Zone Total Heating Rate e Consumo energ tico na esta o de arrefecimento W Zone Ideal Loads Supply Air Total Cooling Rate 19 e Ganhos internos resultantes de equipamentos W Zone Lights Total Heating Rate e Ganhos de calor por infiltra o devido a ventila o J Zone Infiltration Sensible Heat Gain Energy e Per
8. 81036 1463 650 2 61939 6157 274 6172 27 5 51132 686 3 4941 9 31 2 3 5045 6839 Resist ncia compress o 28 dias de idade asa sc Massa g ot tm fe2s MPa 80036 6 1009 44 448 ME ERE AN 3 ns 102 aso a tos 1053 68 Ds 797 some asa e ima 1061 am e 79409 10s aa Ca ra ama ms 3 80206 ams 629 Da 79953 mea on Ds masa us sr 6 79026 ums 628 De rasos um e Amostra Massa le Forca KN fem MPa 2 soar ama ma 3 sos 1600 m1 Da ema 1681 na Ps ssa am n7 6 sos 1590 70 7 a sos um 792 a esor sus 366 a os 7398 wo Da os nas me Ps cosa 7542 as 6 ess 2592 337 a om 7901 351 2 esz omi w6 3 cos sus 2 a cer su 396 DS sms ss 30 6 one sms 330 a cera ems 391 2 ces aus so 3 casas mes sos Da ses mss saz Os ota ama ass 6 67 amo ass Ds cs us7 sa 2 sin 053 ss a Soro 7369 ss Da siso ma 361 Ds suar ems 362 6 soar so 368 Ds soco va us ANEXO F RESIST NCIA TRAC O POR COMPRESS O DIAMETRAL Resist ncia trac o 28 dias de idade Massa g et fee 28 MPa 1 126594 202 340 1 2 12645 4 2394 339 3 125404 2484 351 1 128212 3206 454 2 128028 3847 544 3 128034 3124 442 1 127569
9. o com os bet es convencionais a resist ncia compress o dos BEAL correntes vai ser determinada pela capacidade resistente da argamassa e do agregado A distribui o de tens es entre estas duas fases comandada pelas suas caracter sticas el sticas Chen Yen e Lai 1995 Contudo os agregados t m uma participa o mais importante porque ir o afetar a forma como os restantes constituintes influenciam a resist ncia do bet o A resist ncia do BEAL ao contr rio do que sucede nos bet es convencionais n o depende exclusivamente da rela o gua cimento e da resist ncia do cimento logo os agregados assumem um papel mais relevante no comportamento deste tipo de betoes FIP 1983 Assumindo que a resist ncia do agregado inferior da pasta ciment cia a resist ncia compress o nos bet es leves vai ser naturalmente inferior dos bet es de agregados normais para um id ntica rela o gua cimento FIP 1983 Newman 1993 Quando a resist ncia compress o o par metro cr tico a melhor solu o utilizar um tipo de agregado leve com maior capacidade resistente e maior massa vol mica Hammer 1995 16 De acordo com ACI 213R Structural Lightweight Aggregate Concrete ACI 213R 87 os n veis usuais de resist ncia compress o exigidos na constru o civil podem ser obtidos com bet es de agregados leves estruturais para resist ncias entre 20 e 35 MPa 2 1 5 2 2 Resist ncia a Trac o
10. run or an error will result Compliance Objects y Do Zone Sizing Calculation Do System Sizing Calculation Do Plant Sizing Calculation Run Simulation for Sizing Periods EnergyPlus 8 1 0 009 Checking for Updates Exit Run Simulation for Weather File Run Periods Figura 4 2 Programa IDF Editor Figura 4 3 Programa EP Launch No Quadro 4 1 apresentado um esquema representativo dos dados de Input e Output necess rios para uma simula o de comportamento t rmico de um edif cio 67 Quadro 4 1 Esquema ilustrativo dos inputs e outputs das simula es Input Output e Simulation Parameters e Temperatura do ambiente exterior C e Thermal Zones and Surface e Temperatura do ambiente interior C e Location and Climate e Fluxo de calor Wh m e Weather File e Ganhos e perdas atrav s dos v os e Schedules envidra ados Wh e Surface Constrution Elements e Consumo energ tico na esta o de e Internal Gains aquecimento Wh e Zone Airflow e Consumo energ tico na esta o de e HVAC Template arrefecimento Wh e Ganhos internos resultantes de equipamentos W e Ganhos de calor por infiltra o devido a ventila o J e Perdas de calor por infilra o devido a ventila o J Uma desvantagem do programa a morosidade do processo de defini o da geometria do edif cio Para facilitar a introdu o desses dados foi possibilitada nas ltimas vers es do EnergyPlus a interface com
11. 4 1 a o Envidracados 38 Envidracados Pilares Vigas Pilares Vigas Restantes zonas 7 Restant Restantes zonas ET opacas opacas Renova o de ar 5 i d Envidracados 39 Pilares Vigas Restantes zonas opacas 7 Renova o de ar a 4 Envidra ados Pilares Vigas opacas 1 e f Figura 4 26 Trocas de calor na esta o de aquecimento de Lisboa a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do bet o BL 4 Em Lisboa Figura 4 26 a c e na esta o de aquecimento o bet o leve BL 1 apresenta uma redu o no valor da perda de calor atrav s dos elementos estruturais da envolvente exterior de cerca de 21 o que representa uma poupan a na esta o de aquecimento superior a 131 kWh em rela o ao bet o normal de composi o semelhante Ao comparar os bei es leves com os bet es normais de composi o semelhante verifica se uma redu o da perda de calor da envolvente opaca da frac o aut noma sendo que a maior redu o ocorre na parcela de perda de calor atrav s dos elementos estruturais pilares e vigas O bet o leve BL 4 comparativamente aos outros bet es BN 1 e BL 1 apresenta tamb m uma maior redu o da perda de calor da envolvente atrav s dos elementos estruturais com redu o de 258 kWh e 127 kWh respect
12. A resist ncia a trac o uma propriedade que depende essencialmente dos mesmos factores que influenciam a resist ncia compress o Alguns destes factores s o a natureza a forma e a dimens o dos agregados a rela o a l e a idade do bet o Canovas 2004 Neville 1995 Mehta e Monteiro 2006 A qualidade da zona de transi o agregado pasta um factor importante na resist ncia trac o Mehta e Monteiro 2006 assumindo maior relev ncia na resist ncia trac o do que na resist ncia a compress o A resist ncia trac o do bet o depende tamb m da resist ncia trac o dos agregados da argamassa envolvente e de forma como estes elementos se ligam Holm e Bremner 2000 No bet o estrutural com agregados leves a superf cie de rotura trac o atravessa os agregados de menor capacidade resistente e a resist ncia trac o tende a ser inferior dos bet es convencionais de igual composi o As principais diferen as no que respeita ao comportamento trac o dos bet es estruturais com agregados leves BEAL em rela o aos bet es de agregados normais est o relacionados com o modo de rotura e o teor de gua no bet o A superf cie de rotura atravessa os agregados em vez de os contornar Os bet es leves apresentam maiores teores em gua devido maior absor o de seus agregados sendo respons vel pelo aparecimento de gradientes de humidade mais elevados e consequentemente maiore
13. NP EN 12390 3 resist ncia a trac o por compress o diametral NP EN 12390 6 e o m dulo de elasticidade E 397 Foi anda determinado o coeficiente de condutibilidade t rmica dos bet es a partir do equipamento ISOMET 2114 conforme referido em 3 8 3 3 MATERIAIS Na presente campanha experimental foram utilizados os seguintes materiais e cimento Tipo 52 5 e agregados grossos de massa volumica normal britas calc rias de diferentes granulometria designadas de brita 1 e bago de arroz utilizados para a produ o de bet es de refer ncia e agregados grossos leves de argila expandida designados por Leca HD para a produ o de bei es leves e agregados finos leves de argila expandida designados por Leca XS para a produ o de bet es com agregados grossos e finos leves e duas areias naturais siliciosas correspondentes a uma areia fina 0 2 e a uma areia grossa 0 4 para a produ o de bet es de refer ncia e leves com areias naturais e o superplastificante utilizado foi o Sky 548 da BASF No ponto em seguida apresentam se os ensaios e resultados obtidos no estudo de caracteriza o dos agregados utilizados 34 3 3 1 Ensaios de caracteriza o dos agregados Na presente campanha foram utilizados dois tipos de agregados grossos de massa volumica normal britas calc rias de diferentes granulometria designadas de brita 1 e bago de arroz e dois tipos de agregado leve de argila expandida agregado grosso designad
14. Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Envidra ados 44 Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar d gt e amp e Envidracados Pilares Vigas Restantes zonas Opacas Renovac o de ar Ganhos internos Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Ganhos internos Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Ganhos internos Figura 4 29 Trocas de calor na esta o de aquecimento de Hong Kong a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do bet o BL 4 94 Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar 3 4 E E Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Ganhos internos Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Ganhos internos 2 e f Figura 4 30 Trocas
15. TEOR DE HUMIDADE Massas vol micas e absor o de gua p Massa volumica do material imperme vel das part culas kg dm a 17430 16760 pa Massa vol mica das part culas secas em estufa kg dm Pp 7 Massa vol mica das part culas saturadas com superf cie seca kg dm p Massa vol mica da agua temperatura registada na pesagem de Me kg dm Wabs24 Absor o de gua ap s imers o em gua durante 24 h M Massa do provete saturado com superf cie seca 9 M Massa do conjunto agua provete balao 9 Ms Massa do picn metro cheio de gua g M Massa da amostra de ensaio ap s secagem em estufa 9 Teor de humidade ema 2579 12584 008 M Massa do agregado seco ap s 24 horas em estufa M Massa do agregado em ambiente natural ANEXO D MASSA VOLUMICA NO ESTADO ENDURECIDO Volume e Massa vol mica seca ena BN2 ens 525 8 Massasup seca 8 2384 6 2407 7 2443 5 1768 4 1828 4 1905 1 1521 5 Massasec 8 2237 2 2284 9 23389 1606 5 17044 1796 8 1402 5 Volume dm 099 0 1000 0 998397 0 986 0 999 0 998 0 998 MVssa kg m 2260 2285 2303 1629 1706 1801 1406 BLA ANEXO E RESIST NCIA A COMPRESS O Resist ncia compress o 7 dias de idade mesa as rat to NELAS E SE oe 3 79567 8063 358 2 80393 1209 537 7965 2 1238 55 0 1 66 3 2 soss 1544 686 3
16. bei es pode ser limitada pela capacidade resistente dos agregados Hammer 1995 Zhang e Gjorv 1991 Holm e Bremner 2000 Em geral a resist ncia do bet o maior para os agregados leves de maior massa vol mica CEB FIB 1977 Quando o bet o sujeito a uma carga uniaxial a resist ncia dos agregados tende a melhorar devido ao confinamento lateral exercido pela argamassa Zhang e Gjorv 1990 Assim a resist ncia do agregado deve ser aferida atrav s de ensaios no bet o Faust 2000 2 1 4 3 Estrutura interna dos agregados Os agregados leves s o caracterizados por um estrutura interna porosa composta por vazios ou poros formados durante o processo de fabrico dos agregados que variam no tamanho e na forma A maioria dos agregados leves apresentam poros interconectados que contribuem para o transporte de subst ncias atrav s do agregado tornando se suscet veis absor o de gua CEB FIB 1977 Zhang e Gjorv 1991 11 A porosidade dos agregados tem influ ncia na sua ader ncia com a matriz de cimento al m de afetar outras propriedades como a resist ncia a absor o e a permeabilidade Quanto maior a porosidade interna dos agregados menor sera a massa vol mica a condutibilidade t rmica e a resist ncia do bet o com eles produzidos Em geral os agregados leves s o compostos por poros de dimens o vari vel entre cerca de 5 300 um Holm e Bremner 2000 2 1 4 4 Forma e textura da superf cie
17. da por areia Leca BL 4 46 3 5 PRODU O DOS BET ES Os bet es foram produzidos de acordo com o procedimento de amassadura adoptado por Bogas 2011 que visa minimizar o efeito da elevada absor o de agua deste tipo de material e garantir condi es adequadas de homogeneidade das misturas A produ o dos esp cimes foi realizada segundo quatro fases distintas dosagem mistura moldagem compacta o e cura 3 5 1 Correc o das misturas Dado que n o se procedeu pr satura o ou pr secagem dos agregados houve a necessidade de determinar o seu teor em gua e posteriormente realizar o devido acerto em rela o quantidade de material necess rio Foi tamb m necess rio corrigir a quantidade de gua de amassadura de modo a ter em conta a absor o dos agregados durante a mistura De acordo com a EN 206 a absor o de gua efectiva na mistura corresponde aproximadamente absor o dos agregados imersos em gua durante 1 h Bogas 2011 e Chandra 2003 referem per odos equivalentes de 30 minutos Assim optou se por estimar a absor o durante a mistura como sendo equivalente a 30 minutos de absor o em gua com os agregados a apresentarem o teor de gua inicial com que foram utilizados Atrav s do procedimento referido foi poss vel garantir o controlo da trabalhabilidade e da rela o a c efectiva da mistura 3 5 2 Mistura Os betoes foram produzidos numa misturadora de eixo inclinado
18. es flutuantes totalmente fabricados em BEAL inaugurada em 1994 Johnsen Helland e Heimdal 1995 O comprimento total da ponte de 1615 m apresentado a parte flutuante um comprimento de 1246 m A superestrutura suportada por pont es em bet o leve cuja massa vol mica de 1900 kg m e classe de resist ncia LC 55 60 A utiliza o de BEAL nos pot es foi essencial para garantir condi es est veis de flutuabilidade e reduzir a transmiss o de vibra es das ondas e do vento Melby 2000 Jakobsen 2000 Figura 2 3 Ponte Nordhordland Noruega 2 1 3 3 Plataformas Offshore Os bet es leves de alta resist ncia t m sido usados na constru o de estruturas flutuantes e portu rias por duas raz es principais a maior flutuabilidade b maior resist ncia espec fica ou seja a rela o entre a resist ncia e o peso espec fico Cruz e Magalh es 2000 A redu o usual de 25 a 30 na massa vol mica dos bet es de agregados leves comparativamente aos bet es convencionais transforma se em cerca de 43 a 51 quando s o submersos Esta caracter stica torna os bet es estruturais de agregados leves BEAL especialmente atrativos para estruturas flutuantes A utiliza o dos BEAL nestas estruturas ao fazer reduzir a carga permanente vai permitir melhorar a flutuabilidade e aumentar a capacidade de carga no topo da plataforma Estas estruturas est o expostas aos mais variados ambientes sendo alguns extremamente agres
19. especialmente atrativo para estruturas flutuantes A utiliza o de bet o estrutural com agregados leves reduz a carga permanente permite melhorar a flutuabilidade e diminui a volumetria ou aumenta a capacidade de carga no topo da plataforma Os BEAL em geral exigem maiores dosagens de ligante por raz es de resist ncia e estabilidade do bet o fresco embora a quantidade dependa do tipo de agregado utilizado A estabilidade est relacionada com a capacidade de reten o da gua e dos agregados grossos da mistura caracterizada 13 pela coes o ou seja est relacionada com a propriedade da mistura resistir segrega o e exsuda o Mehia e Monteiro 2006 Assim devem ser previstas dosagens de ligantes suficientes para garantir n veis de coes o elevados que contrariem a subida dos agregados leves e o adequado envolvimento dos agregados pela pasta O FIP 1983 recomenda o uso de agentes de viscosidade para aumentar a coes o das misturas cuja estabilidade seja mais dif cil de controlar A considera o de maiores dosagens de ligante na formula o do bet o leve est tamb m relacionada com a maior exig ncia do tipo de estruturas onde os bet es estruturais com agregados leves t m sido utilizados Pankhurst 1993 O bet o um material comp sito constitu do por diferentes elementos com rigidezes diferentes o que resulta na distribui o de tens es n o uniformes originando a concentra o de tens es na i
20. para as localidades de Hong Kong e S o Paulo Envidra ados Envidra ados Pilares Vigas Pilares Vigas Restantes zonas Restantes zonas opacas i opacas J Renova o de ar Renova o de ar IS Ganhos internos a b Envidra ados Envidra ados Pilares Vigas Pilares Vigas Restantes zonas opacas Restantes zonas W zod Renova o de ar opacas i Renova o de ar Ganhos internos d Envidra ados Envidra ados Pilares Vigas Pilares Vigas e Restantes zonas Restantes zonas e Renova o de ar opacas Renova o de ar Ganhos internos e f Figura 4 34 Trocas de calor na esta o de arrefecimento de Hong Kong a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do bet o BL 4 99 Envidra ados Envidra ados Pilares Vigas Pilares Vigas Roe Restantes zonas Restantes zonas A gt do de ar opacas Renova o de ar w a b Ganhos internos Envidra ados Envidra ados Pilares Vigas Pilares Vigas Restantes zonas opacas Restantes zonas a va o de ar Reno opacas Renova o de ar a a Ganhos internos c d Envidra ados Envidra ados Pilares Vigas Pilares Vigas O Restantes zonas Restantes zonas opaca
21. rmica superficial interior m2 C W Roe a Resist ncia t rmica superficial exterior m C W Ri Resist ncia t rmica por condu o m C W As condut ncias t rmicas superficiais h e hse agregam os fen menos de conven o e radia o Os valores das condutibilidades t rmicas s o caracter sticas intr nsecas dos materiais Piedade Moret e Roriz 2003 2 2 3 Ganhos solares e factor solar No comportamento t rmico de edif cios fundamental considerar a radia o solar uma vez que n o s contribui bastante para os ganhos t rmicos nas edifica es mas tamb m a principal fonte de luz natural Lanham 2004 Estes ganhos s o muito ben ficos no Inverno para o aquecimento mas durante o Ver o devem ser limitados e controlados por um sistema de protec o opaca de sombreamento sobre a janela de modo a evitar o sobreaquecimento Lanham 2004 A envolvente do edif cio apresenta zonas opacas onde ocorre absor o e reflex o da radia o e zonas transl cidas como os envidra ados para al m desta componente existe a transmiss o da radia o sendo uma das maiores respons veis pelos ganhos solares Os elementos mais sens veis radia o s o os envidra ados devido sua elevada transmit ncia e fraca resist ncia t rmica A radia o de onda curta atravessa facilmente o vidro fornecendo energia aos elementos existentes no espa o os quais absorvem e acumulam uma grande parte dessa e
22. 2003 Newman 1993 situados entre cerca de 300 e 800 kg m Os resultados obtidos est o ainda de acordo com o documentado no EuroLightConR4 2000 onde se verifica que tendo em conta diferentes tipos de agregados a rela o entre a baridade e a massa vol mica da part cula varia entre 0 4 e 0 7 Tal como seria de esperar os agregados leves apresentam maiores valores de absor o de gua devido a sua maior porosidade De acordo com o referido no EuroLightConR2 1998 Os agregados leves mais correntes apresentam valores de absor o entre 5 e 25 podendo se assim que considerar a absor o obtidas nos agregados analisados baixa a moderada Nas Figuras 3 3 e 3 4 apresentam se os gr ficos de evolu o de absor o de gua dos agregados leves durante as primeiras 24 horas 41 E O 9 8 7 ES g O 5 ac Z 4 an 1 3 2 1 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 TEMPO MIM Figura 3 3 Curva de evoluc o de absorc o de gua da areia leve 10 9 8 A 7 ES g O 5 ac QB 4 an 8 2 1 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 TEMPO MIM Figura 3 4 Curva de evoluc o de absorc o de gua da Leca Tal como constatado por Smeplass 2000 Virlogeux 1986b confirma se que as curvas de absorc o s o caracterizadas por uma r pida atenua o de taxa de absor o ap s um curto per odo inicial em que esta taxa elevada Os primeiros per odos de absor o correspondem essencia
23. 4462 631 2 129831 4068 576 3 128137 3914 554 1 98044 1607 227 1 2 97655 1529 216 2 3 98111 1561 221 1 98395 1951 276 2 2 98907 2545 360 3 97788 1881 266 1 101562 3097 438 3 2 101719 2632 372 3 10173 2624 371 A 79488 1732 245 4 2 79965 1726 244 3 80167 194 274 ANEXO G M DULO DE ELASTICIDADE M dulo de Elasticidade 28 dias de idade Carga KPa E Ec 28 G Pa 43 064 43 638 43 585 E 20 483 20 566 o ANEXO H PROPRIEDADES T RMICAS DOS BET ES NO ESTADO ENDURECIDO Provetes em equil brio com a humidade relativa ambiente 2 5889 1 5911 1 5395 20 742 9 8379 BN 1 2 6065 1 6119 1 5359 20 978 9 7333 1 6717 1 5395 21 438 9 7907 2 5801 1 6491 1 5645 21 299 9 7795 2 3936 1 706 1 4031 21 234 9 8929 2 4284 1 7376 1 3975 21 332 9 7763 Provetes saturados Provetes secos BN1 Varia o percentual do coficiente condutibilidade t rmica por cada varia o de 1 no teor em gua Varia o M dia 5 1 ANEXO PLANTA DO APARTAMENTO
24. Conductivity e de massa vol mica Density dos bet es da envolvente exterior do edif cio ser o preenchidos de acordo com os resultados da campanha experimental Cap tulo 3 amp IDF Editor CAUsersiMarkusiDesktopigeometria final idf amp File Edit View Jump Window Help D j New Obj Dup Ob Del Obj Copy Obj Class List Comments from IDF Surface Construction Elements 0013 Material NoMass Material InfraredT ransparent 0001 MaterialAirGap Material Roof egetation WindowM aterial SimpleGlazingS ystem 0001 WindowM aterial Glazing Window aterial GlazingGroup Thermochromic Window aterial Glazing RefractionE xtinctionMethod 0001 WindowMaterial Gas i A W indowGap SupportPillar Field Description W indowGap Deflectionstate 1D 41 Enter a alphanumeric value Explanation of Object and Current Field Object Description Regular materials described with full set of thermal properties Field Objl Obj2 Obj3 Obj4 Name Tijolo 22 Reboco 1 5cm Reboco 2cm Roughness Rough Rough Rough Rough Thickness m 0 11 0 22 0 015 0 02 Conductivity wWm K 0 47 0 51 1 15 115 Density kg m3 1500 1000 2000 2000 Specific Heat J kg K 837 837 837 837 Thermal Absorptance 0 9 0 9 0 9 0 9 Solar Absorptance 0 76 0 6 0 65 0 65 Visible Absorptance 0 76 0 6 0 65 0 65 Figura 4 8 Campos de entrada do Material 4 2 4 2 Ma
25. Figura 4 6 apresentam se os campos de entrada preenchidos no Run Period utilizado para todos os casos de estudo meme SizingPeriod WeatherFileConditionT ype 10001 BunPetiod Explanation of Object and Curre Object Description Specified a range of dates and other parameters for a weather file simulation Multiple run periods may Site GroundT emperature BuildingSurtace fbe input but they may RunPeriod CustomR ange RunPeriodControl SpecialD ays RunPeriodControl D aylightS avingT ime Ww End Month 12 End Day of Month 31 Day of Week for Start Day Thursday Use Weather File Holidays and Special Days No Use Weather File Daylight Saving Period No Apply Weekend Holiday Rule No Use Weather File Rain Indicators No Use Weather File Snow Indicators No Y Figura 4 6 Campos de entrada do Run Period 4 2 3 Schedule A utiliza o do grupo Schedule possibilita calendarizar todos os processos que envolvam o modelo de simula o Foram definidos o hor rio de utiliza o em que o edif cio est ocupado e o hor rio de funcionamento do ar condicionado Em todas as simula es o hor rio de ocupa o e de funcionamento do ar condicionado adoptado foi de 24 horas por dia por se tratar de um edif cio habitacional Na Figura 4 7 apresentam se todos os campos de entrada deste objeto que ser o preenchidos e caracterizados para o calend rio E CAUsers Markus Desktop bil_sec
26. Londres verifica se que o bet o leve conduz a um melhor desempenho t rmico do que os betoes normais 105 Como esperado as necessidades energ ticas quer de aquecimento quer de arrefecimento e as respetivas poupan as energ ticas introduzidas com a utiliza o do bet o leve variam de localidade para localidade consoante o clima Relativamente an lise das parcelas de perdas de calor verifica se que de um modo geral em ambas as esta es de aquecimento e arrefecimento as parcelas de perdas de calor com maior peso na distribui o das perdas totais s o as correspondentes renova o de ar e s perdas pelos v os envidra ados Ao comparar os bet es leves com os bet es normais de composi o semelhante verificou se que em todas as localidades tal como esperado a redu o de perda de calor da envolvente opaca d se quase exclusivamente atrav s dos elementos estruturais Na esta o de aquecimento as localidades com condi es clim ticas de Inverno mais severas nomeadamente Copenhaga e Londres n o apresentaram ganhos de calor atrav s da envolvente opaca ao contr rio das outras localidades com Inverno mais temperado Na esta o de Ver o os ganhos pelos v os envidra ados apresentam uma contribui o significativa na distribui o total dos ganhos t rmicos do edif cio devido transmiss o directa da radia o solar para o interior Em geral constata se na esta o de Ver o um incremento do peso
27. Structural Lightweight Aggregate Concrete de J L Clarke pp 75 105 Chapman amp Hall 1993 Pereira Fabyo Luiz Determina o computacional de par metros f sicos no comportamento termoenergetico de uma edifica o Universidade Federal do Rio Grande do Sul Junho 2005 Porto Alegre Punkkin J e Gjorv O E Water Absorption by High Strength Lightweight Aggregate Utilisation of High Strength Concrete Symposium Lillehammer Norway 1993 p 713 721 110 Ramalheira F Manual de boas pr ticas de escolha de v os envidra ados Tese de Mestrado Faculdade de Engenharia do Porio Porto Portugal 2005 Roberts James E Lightweight Concrete for California s Highway Bridges Engineered concrete structures vol 10 n 3 Portland cement association Expanded Shale Clay and Slate Institute publication 4700 11 USA 1997 4p Silva Pedro Correia Pereira da An lise do Comportamento T rmico de Constru es nao convencionais atrav s de Simula o em VisualDOE Universidade do Minho Escola de Engenharia 2006 Portugal ACI 213R Guide for Structural Lightweight Aggregate Concrete Amer Concrete Institute Jan 2003 38p Silva Pedro Correia Pereira da An lise do Comportamento T rmico n o convencionais atrav s de Simula o em VisualDOE Universidade do Minho Escola de Engenharia SPRATT B H An introducion to lightweight concrete Cement and Concrete Association 6 Ed 1980 15p State of th
28. Tikalsjy Poapisil e Mac Donald 2004 A estrutura porosa deste tipo de bet o atingida por incorpora o de bolhas de ar est veis na pasta de cimento formadas por uma rea o atrav s de um agente qu mico expansivo do tipo org nico ou met lico O volume de ar inserido ir influenciar a massa vol mica e a resist ncia deste tipo de bet es Este tipo de bet o adequado para solu es n o estruturais devido aos valores reduzidos de resist ncia e massa vol mica Para al m da sua principal vantagem ser a de leveza estes materiais s o aplicados como isolamento t rmico e ac stico como solu es de enchimentos ou de regulariza o de superf cies blocos de alvenaria pain is pr fabricados preenchimento de solo etc Spratt 1980 Freitas Allende e Darwish 2006 Os bet es celulares com incorpora o de g s que s o curados em auto clave a alta press o e elevada temperatura permitem bet es com resist ncias mais altas e s o adoptados em f bricas de bet o pr fabricado Por ltimo o bet o leve sem finos consiste na cria o de vazios por omiss o de agregados finos A utiliza o exclusiva de pasta e de agregados grossos ir implicar menor compacidade da mistura e consequentemente influenciar a massa vol mica e a resist ncia mec nica Os espa os deixados pelos vazios entre as part culas ser o respons veis pelo baixo valor da resist ncia e massa vol mica pela reduzida ascens o capilar e pelo
29. Varia o da massa 0 Dimens o do agregado mm Leca Material passado atrav s do peneiro Material LECA Massa da amostra 9 i Res duo Retido seumuicdo Peneiro prosa arr a pa ra ta Do o mo oo Retugos 07 007 Totais 10024 10000 160 112 8 EM Ao REM o 05 0 250 0 125 0 063 Malhas mm Areia fina Material passado atrav s do peneiro Material AREIA FINA Massa da amostra g Residuo Peneiro Residuo Retido acumulado mm Passado Retido la ra ca ta 00 000 10000 metugos 47 047 Totais 9988 100 00 Varia o da massa Dimens o do agregado mm Areia grossa r x hi O U c U o O O N QU gt 0 Sm O O UN N o Z U du S Material AREIA GROSSA Massa da amostra g 1007 4 Res duo Peneiro Res duo Retido acumulado mm Passado Retido la ra ra re oo 000 10000 Retugos 01 oo Totais 10002 10000 Dimens o do agregado mm Bago de arroz Material passado atrav s do peneiro Material BAGO DE ARROZ Massa da amostra 9 1008 4 Res duo acumulado Peneiro Residuo Retido Passad mm O Retido 76 Too 00 100 00 asa o ELE EEE Teo os o ooo Retugos 14 014 Totais 10008 10000 Varia o da massa 10 Dimens o do agregado mm Brita 1 Materia
30. a principal respons vel por ocorrerem desvios da resist ncia baseados apenas na rela o gua cimento tendo especial influ ncia no comportamento em trac o na permeabilidade e na durabilidade dos BEAL Verifica se que os BEAL s o menos sens veis a condi es de cura adversas dado que estes s o beneficiados pelo efeito de cura interna ao contr rio dos bet es convencionais O mecanismo de cura interna resulta da restitui o da gua inicialmente absorvida pelos agregados para a argamassa ap s o endurecimento e secagem do bet o Holm e Bremer 2000 A cura do bet o tem forte influ ncia nas caracter sticas mec nicas e na durabilidade dos bet es a diferente idades Mehta e Monteiro 2006 Mindess Young e Darwin 2003 14 Segundo Mourin e Vaquier 1986 devido ao efeito da cristaliza o dos constituintes hidratados no in cio do endurecimento do bet o o di metro dos poros da argamassa passa a ser inferior ao dos poros capilares dos agregados fazendo com que o sentido de transporte da gua ocorra dos agregados para a argamassa 2 1 5 2 Resist ncia mec nica A massa vol mica a principal caracter stica que distingue os BEAL dos betoes convencionais Esta propriedade depende especialmente do volume teor em gua absor o e tipo de agregados leves e em menor escala de factores como o teor de cimento e adi es rela o a l introdu o de ar m todo de compacta o e rela o grossos finos F
31. aa a E ag 50 Sel PAD Ane Nose utensilios sae N RS 50 Sul viva FProcedimemnosS dO ENSAIO siosan N 51 3 15 Res ltad s AO ENSAIO nunnana A E E 51 3 7 2 Resist ncia trac o por compress o diameitral rear 52 A A RR a een ree ener eee re 52 lees N rma de lle N a E Ta 52 3622 3 Aparelnos e utensilios siressa O E Sata 52 Sul A PIOCEGIMENIO de CS GIO E A Aa ara ia aids b and 53 Sri o a c1o D fe 6 0 AE RARE RS NB RR ORE RR RN Bee CR CT 53 Sif MOQUIO GE EIASUCICA O aio A a A a 54 SS DI CICV crio Bags ie a e e re re 54 Silo 2 NORMA de CNSAIO a a a a 54 3 123 32 ADAreINOS e Utensilios pass essa isis 54 Sul SAP TOCECIMENIO de SMSO PERO DRE O UR rain 54 A A EAR RE glen dale 55 3 8 CONDUTIBILIDADE T RMICA eee 56 3 8 1 Ensaio de avalia o da condutibilidade t rmica eres 56 3 9 2 Procedimento de ensaio ri A a Onda iad Ta ninab and 56 3 8 3 TRESUITAGOS do ENSAIO it bid 57 3 9 APRESENTA O E DISCUSS O DE RESULTADOS 57 3 9 1 Propriedades dos bet es no estado rescCo coooccccncoconccnoonanccnnoannncnonannnonananononanonnos 57 3 9 2 Propriedades mec nicas dos bet es no estado endurecido ccoooccnccnoonooo 58 3 9 2 la Resistencia a COMPRESS O e le 58 3 9 2 27 le e RI A e O 59 3 92 01 Resistencia a accord 60 3 9 2 3 M quio de elasticidad iii iii 61 3 9 3 Propriedades t rmicas dos bet es no estado endurecido 61 4 SIMULA O ENERG TICA DE SOLU ES ESTR
32. as trocas de calor por convec o do interior de todas as superf cies Foi usado o modelo por defeito do programa TARP que correlaciona as trocas de calor com a diferen a de temperatura semelhan a do campo anterior o campo Surface Convection Algorithm Outside controla o modelo de c lculo para as trocas de calor por convec o do exterior de todas as superf cies e foi escolhido o modelo DOE 2 4 2 1 6 Heat Balance Algorithm No campo Heat Balance Algorithm define se o tipo de algoritmo para o controlo da transfer ncia de calor e difus o do vapor de gua atrav s de todos os elementos construtivos Foi utilizado o Conduction Tranfer Function CTF 4 2 1 7 Timestep O campo Timestep representa o n mero que define os passos de tempo em que s o realizados os c lculos numa hora Para a simula o apresentar passos de tempo suficientes para a estabiliza o do modelo foi escolhido o valor por defeito de 6 4 2 2 Location and Climate No grupo Location and Climate sera apenas preenchido o campo Run Period que corresponde ao per odo de simula o 70 4 2 2 1 Run Period O per odo de simula o definido em Run Period onde se introduz a data de in cio e fim da simula o Em todos os casos de estudo os per odos de simula o utilizados foram correspondentes a um ano Foi definido que ser repetido uma vez o per odo de simula o em todas as simula es Number of Times Runperiod to be Repeated 1 Na
33. avalia o do desempenho ac stico de solu es de fachada com incorpora o de bet o leve avalia o do comportamento t rmico de bet es leves em elementos n o estruturais 107 108 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS ACI 213R Guide for Structural Lightweight Aggregate Concrete Amer Concrete Institute Jan 2003 38p ACI 213R Guide for Structural Lightweight Aggregate Concrete Amer Concrete Institute Jan 2003 38p Almeida Ivan Ramalho Bet es de Alta Resist ncia e Durabilidade Composi o e Caracter sticas Disserta o de Doutoramento em Engenharia Civil Laborat rio Nacional de Engenharia Civil Lisboa 1990 Arlita 2001 Dossier T cnico Homig n ligero estructural ARLITA Arsenovic Milica Lalic Zeljko Radojevic Zagorka Clay Brick Walls Thermal Properties International Jounal of Modern Manufacturing Technologies Vol Il N 1 Belgrade Serbia 2010 Bogas JA Gomes A Compressive behavior and failure modes of structural lightweight aggregate concrete Characterization and strength prediction Materials amp Design Vol 46 832 841 2013 Bogas J A Tese de doutoramento Caracteriza o de Bet es Estruturais com Agregados Leves de Argila Expandida Volume Junho de 2011 Canha da Piedade A Introdu o t rmica dos edif cios no o sobre transmiss o de calor Instituto Superior T cnico 1980 Canha da Piedade A Moret Rodrigues A Roriz F Lu s Climatiza
34. basculante com uma capacidade de 80 litros Inicialmente foram misturados todos os agregados com cerca de 50 da gua prevista para a mistura Ap s cerca de 2 minutos de mistura manteve se o equipamento em repouso durante mais 1 minuto de modo a garantir a adequada pr molhagem dos agregados Em seguida foi adicionado o cimento e a restante gua de forma gradual e misturou se durante cerca de 4 minutos Nas misturas com superplastificante este foi adicionado 1 minuto ap s se ter adicionado o cimento e 40 da gua Os bet es foram produzidos de modo a apresentar um abaixamento de 120 20 mm 3 5 3 Moldagem compacta o e cura Ap s a mistura determinou se a massa vol mica do bet o fresco de acordo com a norma NP EN 12350 6 2002 Ap s o enchimento dos moldes o bet o foi vibrado de acordo com a norma NP EN 12390 2 2000 que define que a vibra o do bet o deve ser feita numa nica camada em provetes com altura igual ou inferior a 10 cm e em duas camadas em provetes com altura de 30 cm Dado que nos bet es leves existe um risco maior de segrega o por subida do agregado o tempo de vibra o foi limitado a cerca de 10 segundos sem no entanto comprometer a compacidade adequada da mistura Ap s a vibra o a superf cie dos moldes foi alisada recorrendo a uma colher de pedreiro 47 Os provetes permaneceram no interior dos moldes durante um per odo de 24 2 horas devidamente protegidos por folha pl stica ante
35. calor observadas nas solu es com bei es leves estruturais e bet es de massa vol mica normal de igual composi o 1 3 ORGANIZA O DO TRABALHO O Trabalho encontra se estruturado em 5 cap tulos e 9 anexos entre os quais se insere este primeiro cap tulo de introdu o O segundo cap tulo introduz o tema de bet es leves apresentando o contexto hist rico sistema construtivo tipos de bet es leves vantagens e desvantagens da utiliza o desta solu o an lise do comportamento t rmico dos edif cios e por fim uma an lise bibliogr fica de estudos relativos ao comportamento t rmico de edif cios com solu es em bet o leve No terceiro cap tulo abordado a campanha experimental apresentando a discri o das normas dos ensaios de caracteriza o dos agregados e do bet o no estado fresco e endurecido obtendo as propriedades mec nicas e t rmicas formula o dos bet es produzidos e por fim a apresenta o e discuss o dos resultados experimentais No quarto cap tulo abordado o programa de simula o energ tico EnergyPlus sendo discutido o seu funcionamento apresenta o dos campos de entrada do programa descri o do caso de estudo e uma an lise do consumo energ tico e das trocas de calor dos cen rios do caso de estudo Outros objetos de a an lise s o os coeficientes de transmiss o de calor dos elementos estruturais e espessuras m nimas de isolamento t rmico Tamb m realizado uma an lise c
36. constitu dos com diferentes tipos de bet o leves e normais Foi assim poss vel analisar de forma abrangente o desempenho t rmico da envolvente de edif cios em bet o leve avaliando se quer as necessidades energ ticas de aquecimento e arrefecimento quer as diferentes componentes de trocas de calor para assegurar as condi es de conforto t rmico dos seus ocupantes Desta forma espera se ter contribu do com a presente disserta o para o aprofundamento do conhecimento das propriedades dos bet es levese do seu potencial de utiliza o em solu es estruturais com vista melhoria do desempenho t rmico da envolvente de edif cios 103 5 2 CONCLUS ES GERAIS No presente trabalho foi poss vel efectuar a caracteriza o mec nica e t rmica de bet es estruturais produzidos com agregados de massa vol mica normal agregados grossos leves e agregados grossos e areias leves tendo em considera o diferentes composi es nomeadamente rela es a c vari veis entre 0 35 e 0 6 Desse modo foram analisados bet es de massa vol mica normal de classes de resist ncia C 30 37 a C 55 67 e bet es leves enquadrados nas classes de resist ncia LC 25 28 a LC 40 44 e de massa vol mica D 1 6 a D 1 8 o que demonstra a abrang ncia do trabalho Todos os bet es foram produzidos com abaixamentos de 120 20 mm independentemente do tipo de agregado e rela o a c sem ter sido necess rio proceder a correc es adicionais nas
37. criado atrav s de uma resist ncia el trica induzida sonda a qual est em contacto directo com o provete ensaiado O ensaio foi realizado aos 28 dias de idade tendo para tal sido efectuadas tr s medi es para cada provete A amostra deve possuir uma direc o m nima transversal de 10 cm Os provetes encontravam se inicialmente saturados Por este motivo os provetes foram envolvidos por uma pel cula pl stica evitando o contacto directo com a sonda de superf cie Os provetes foram assentes sobre uma placa de XPS poliestireno extrudido para isolar o sistema sonda provete do material adjacente sobre o qual todo o conjunto aplicado Em seguida a sonda de superf cie foi posicionada sobre o provete e iniciado o ensaio No equipamento necess rio inserir os dados relativos ao intervalo expect vel do coeficiente de condutibilidade do material 0 0 3 0 3 2 2 6 W m C e o n mero de ensaios a realizar Cada ensaio tem a duracao de aproximadamente 15 minutos obtendo se os resultados referentes as principais propriedades t rmicas do provete nomeadamente o coeficiente de condutibilidade A a velocidade da dissipa o do calor a m s e a capacidade t rmica volum trica Cp J m C 26 3 8 3 Resultados do ensaio Os ensaios foram realizados para tr s condi es de humidade equil brio com a humidade relativa ambiente na ordem dos 65 75 bet es saturados bet es secos em estufa durante 15 di
38. de bet o leve e 3 tipos de bet o normal referidos em seguida e Bet o de massa vol mica normal com rela o agua cimento 0 60 BN1 e Bet o de massa vol mica normal com rela o agua cimento 0 45 BN 2 e Bet o de massa vol mica normal com rela o agua cimento 0 35 BN 3 e Bet o com agregados grossos leves e areia natural de rela o agua cimento 0 60 BL 1 e Bet o com agregados grossos leves e areia natural de rela o gua cimento 0 45 BL 2 e Bet o com agregados grossos leves e areia natural de rela o agua cimento 0 35 BL 3 e Bet o com agregados grossos leves e areia leve de rela o agua cimento 0 35 BL 4 As composi es referidas foram definidas de modo a abranger a gama mais corrente de bet es estruturais de agregados leves tendo em conta solu es de moderada a elevada resist ncia para classes de massas vol micas entre D1 6 e D2 0 Foi tamb m produzido um bet o com areias leves de modo a se atingirem maiores redu es de massa vol mica e de condutibilidade t rmica sem grande preju zo das suas caracter sticas mec nicas Finalmente foram ainda produzidos bet es de refer ncia com agregados calc rios de modo a aferir o comportamento relativo dos diferentes tipos de bet o leve face a solu es de massa vol mica normal Para cada tipo de bet o foram produzidos os seguintes provetes e 11 provetes c bicos de 15 cm de aresta para ensaiar compress o aos 7 dias 3 provetes e 28 d
39. de elevada porosidade A substitui o de agregado grosso normal por agregado leve conduziu a redu o de 22 na massa vol mica Por sua vez a substitui o parcial de 67 dos agregados finos de massa volumica normal por areia leve BL 4 conduziu a uma redu o de 19 4 na massa volumica fresca 57 3 9 2 Propriedades mec nicas dos bet es no estado endurecido Neste sub cap tulo ser realizado uma an lise dos resultados relativos as propriedades mec nicas dos bet es Ser poss vel avaliar o comportamento relativo dos bet es leves face aos bet es convencionais de composi o semelhante No Quadro 3 10 indicam se os valores obtidos da resist ncia compress o resist ncia trac o modulo de elasticidade coeficiente de Poisson e a massa volumica seca para cada composi o Quadro 3 10 Resultados da massa vol mica seca e das propriedades mec nicas dos bet es Tipo de MV seca f E bet o Kg m3 fem 7a MPa fom200 MPa MPa GPa pent 226 BN2 2285 fc Ps 28d x 10 m ER RE Es a 42 6 a ee St SS 205 _ 42 6 BLI 162 706 ss 80 205 1501 1406 No Quadro 3 11 indicam se as redu es m dias das propriedades mec nicas dos bet es leves face aos bet es normais Quadro 3 11 Redu o percentual das propriedades mec nicas entre bet es Bl iface BNI 254 959 Ca 3 9 2 1 Resist ncia a compress o Tendo em
40. difus o e a massa vol mica dos bet es 62 2 2 2 0 1 8 1 6 1 4 1 2 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 Xisto expandido Fip 1983 Argila expandida Fip 1983 A Arg expand areia natural Fip 1983 x Betdes normais Fip 1983 ACI 213 2003 Newman 1993 Humidade de 3 S rie condutibilidade t rmica W m C O Bogas 2011 e novo trab 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 presente trabalho Massa volumica seca kg m Figura 3 17 Compara o dos resultados obtidos com outros estudos De acordo com a Figura 3 17 constata se que os resultados obtidos seguem a tend ncia evidenciada por outros autores No entanto s o geralmente verificadas valores superiores no coeficiente de condutibilidade t rmica para uma dada massa vol mica Tal se deve ao m todo de ensaio realizado cuja exactid o ainda n o bem conhecida Desde modo acredita se que os valores obtidos caracterizam os materiais de forma conservativa Em rela o aos resultados obtidos destaca se a variabilidade associada ao ensaio realizado Quadro 3 13 em especial nos bet es normais cuja contabilidade t rmica se encontra perto da transi o entre gamas de validade do equipamento Ver 3 8 2 Tal como referido para qualquer um dos betoes estudados seria de esperar menores valores do coeficiente de condutibilidade t rmica 63 64 4 SIMULA O ENERG TICA DE SOLU ES ESTRUTURAI
41. do Brasil o m s mais frio julho apresenta uma temperatura m dia de 16 1 C devido ao efeito de ilha de calor causado pela alta densidade urbana e escassas reas verdes provocando dias quentes e secos durante o Inverno As cidades de Hong Kong e S o Paulo apresentam ganhos de calor atrav s da envolvente opaca tanto na parcela dos elementos estruturais com nas restantes zonas opacas Ao comparar os resultados das perdas de calor dos bet es leves com os de bet es normais de composi o semelhante verifica se uma redu o de perda de calor mais significativa como esperado atrav s dos elementos estruturais da envolvente exterior Na Figura 4 31 apresenta se o peso percentual na esta o de arrefecimento das diferentes parcelas das perdas e ganhos de calor na esta o de Ver o para a localidade de Lisboa l Envidra ados Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas A ie Renova o de ar Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar qu b Ganhos internos Envidracados Envidra ados Pilares Vigas Pilares Vigas Restantes zonas Restantes zonas opacas opacas M Be Renova o de ar Renova o de ar a d Ganhos internos Envidra ados Envidra ados Pilares Vigas Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Restantes zonas opacas Renova o de ar Ganhos internos e f Fig
42. intervalo de tempo tem de ser igual quantidade de energia armazenada nesse intervalo Do balan o energ tico entre perdas ou ganhos de calor atrav s da envolvente por condu o convec o radia o de onda longa e os ganhos solares e internos resultantes da ocupa o e dos equipamentos com exce o dos da climatiza o podem estimar se os valores previs veis para O consumo de energia ao longo de toda uma esta o de aquecimento Inverno e arrefecimento Ver o para manter determinadas condi es de conforto interior As Figuras 2 6 e 2 7 ilustram os processos de transmiss o de calor do balan o t rmico para as situa es de Ver o e Inverno Figura 2 6 Balan o t rmico de edif cios na situa o de Ver o Silva 2006 19 A UZ INVERNO 2 v 4 Figura 2 7 Balanco t rmico de edif cios na situac o de Inverno Silva 2006 Onde Qcona Fluxo de calor por condu o Qrad so Ganhos t rmicos devido radia o solar Qc Ganhos internos Qvent Fluxo de calor por ventila o 2 2 1 Processos de transmiss o de calor O fen meno de transmiss o de calor d se na presen a de dois corpos ou pontos do mesmo corpo com temperaturas diferentes A energia transferida do corpo mais quente para o mais frio esta transmiss o de calor faz se no sentido do ponto ou elemento a que est associada maior energia para o ponto ou elemento com menor energia a fim de estabelecer o e
43. leve menor do que a dos agregados de massa vol mica normal CEB FIB 1977 Esta propriedade tem influ ncia direta na resist ncia na deformabilidade na compatibilidade el stica e na retrac o dos bei es leves FIP 1983 Faust 2000 Hammer 1995 De acordo com Muller Rocfholz 1979 o m dulo de elasticidade din mico Ea de uma part cula individual de agregado leve pode ser estimado pela equa o 2 1 em quep a massa vol mica do agregado seco E 0 008p2 p emkg m e E em MPa 2 1 O modulo de elasticidade din mico dos agregados leves expandidos mais usuais varia de 10 a 16 GPa Muller Rocfholz 1979 Segundo o FIP 1983 os agregados leves correntemente utilizados em bet es estruturais apresentam m dulos de elasticidade entre 5 e 15 GPa enquanto os agregados convencionais varia entre 30 e 100 GPa Holm 1994 12 2 1 4 6 Absor o Os agregados leves t m maior capacidade de absor o de gua comparativamente aos agregados de massa vol mica normal A absor o de gua nos agregados definida como a quantidade de gua que absorvida ou penetrada nas part culas sendo determinada em termos de percentagem da massa seca do agregado EN13055 1 2002 A absor o de gua afeta a trabalhabilidade do bet o assim como outras propriedades do bet o como a massa vol mica e as deforma es diferidas CEB FIB 1977 Holm 1994 Em geral os agregados leves utilizados em bet o estrutural t m
44. ncia e massa vol mica do bet o devido dificuldade em determinar as propriedades el sticas dos agregados leves Neville 1997 Faust 2000b 2 1 5 2 1 Resist ncia Compress o A resist ncia compress o uma das caracter sticas mais importantes dos bet es que usualmente se relaciona com outras propriedades como a rigidez a permeabilidade e a durabilidade Em geral a resist ncia de um material s lido essencialmente condicionada pela sua porosidade Mehta e Monteiro 2006 Neville 1995 Mindless Young e Darwin 2003 A resist ncia compress o do bet o influenciado por v rios factores como o tipo e a dosagem de cimento a granulometria o di metro m ximo a forma a textura a resist ncia e a rigidez dos agregados a rela o gua materiais ciment ceos o tipo e dosagem de aditivos qu micos o grau de compacta o as condi es de cura e o procedimento de ensaio entre outros Mehta e Monteiro 2006 Neville 1995 Mindess Young e Darwin 2003 A maioria deste factores influ ncia a resist ncia de modo a alterar a porosidade dos diferentes constituintes do bet o que dependendo da dimens o e da distribui o dos poros condicionar mais ou menos a sua capacidade resistente Neville 1995 De salientar que maiores rela es a c implicam pastas de porosidade superior sendo este o principal factor que controla a maioria das propriedades mec nicas FIB 1983 Virlogeux 1986 Em compara
45. o dos ganhos de calor nas suas parcelas e a localidade de S o Paulo apresenta um comportamento semelhante a Lisboa observa se uma contribui o significativa dos ganhos internos e pelos v os envidra ados em todos os tipos de bet o Ao comparar os resultados dos ganhos de calor do bet o normal com os de bet o leve de composi o semelhante verifica se que os ganhos de calor que se alteram mais significativamente s o atrav s dos 100 elementos estruturais da envolvente exterior Hong Kong apresenta uma redu o de 4 o que representa uma poupan a de cerca de 30 kWh e S o Paulo apresenta uma redu o no valor dos ganhos de calor atrav s dos elementos estruturais da envolvente exterior de cerca de 21 o que representa uma poupan a de cerca de 72 kWh na utiliza o de bet o leve em rela o ao bet o normal de composi o semelhante Em geral constata se na esta o de Ver o um incremento do peso relativamente aos ganhos atrav s da envolvente opaca e dos ganhos originados pela renova o de ar comparativamente situa o de Inverno facto que se deve maior intensidade da radia o solar e maior temperatura do ar exterior Todas as localidades apresentam o mesmo tipo de comportamento no que respeita utiliza o de bet o leve BL 4 relativamente aos outros tipos de bet o O bet o leve BL 4 comparativamente com os outros betoes BN 1 e BL 1 apresenta uma redu o da perda de calor da envolvente atra
46. o programa Google SketchUp e o plug in Open Studio que permitem desenhar e definir a geometria do edif cio de forma bastante r pida e intuitiva e preencher alguns campos de entrada com posterior grava o em formato IDF Na Figura 4 4 apresenta se a interface do programa SketchUp e as barras de ferramentas do Plug in OpenStudio 2 Untitled SketchUp File Edit View Camera Draw Tools Window Plugins Help DEZA NAAA 4 om SAB eZ PX Nessa torre tid ow set Geo BAY VA GY O O 16 Select objects Shift to extend select Drag mouse to select multiple Figura 4 4 Programa SketchUp com as barrar do plug in Open Studio 68 De seguida pretende se explicar os campos de entrada no EnergyPlus que foram utilizados na elabora o desta disserta o Tal como j foi mencionado o programa possui um editor de texto DF Editor atrav s do qual os dados relativos ao caso de estudo podem ser introduzidos no programa Esse editor de texto est dividido em grupos e estes por sua vez est o divididos em v rios campos de entrada Pereira 2005 4 2 1 Simulation Parameters O primeiro grupo de inser o de dados o Simulation Parameters o qual ir definir diversos par metros gerais da simula o nomeadamente os algoritmos de c lculo o time step e as defini es de converg ncia das simula es Na Figura 4 5 apresenta se o grupo Simulation Parameters e todos os campos utilizados Simulation Parameters A 0001 Versi
47. o utilizada foi a EnergyPlus 8 1 O EnergyPlus foi desenvolvido pelo US Department of Energy a partir de programas j existentes o Blaste o DOE 2 em linguagem Fortran 90 uma ferramenta que permite determinar as necessidades energ ticas de aquecimento Inverno e de arrefecimento Ver o de um edif cio permitindo a introdu o de in meros par metros e condi es de utiliza o do edif cio Ernest 2009 O software EnergyPlus calcula a carga t rmica de um edif cio e permite entre outros resultados obter a quantidade de energia necess ria para que a temperatura ambiente interior se mantenha pr xima da temperatura de conforio pr definida Permite ainda prever entre outros as temperaturas ambiente interior e superficiais fluxos de calor consumos de energia n veis de ilumina o e caudais de ventila o Uma grande vantagem no estudo do desempenho t rmico de edif cios com o recurso ao EnergyPlus a capacidade deste software fazer simula es em intervalos de tempo definidos pelo utilizador e apresentar resultados com frequ ncias que podem ser inferiores a uma hora A introdu o dos dados pode ser realizada num editor de texto espec fico do EnergyPlus em formato IDF Input Date File Os par metros s o introduzidos atrav s do DF Editor e est o organizados em grupos e dentro destes encontram se um ou mais campos de entrada os quais possuem objetos O EP Launch permite modelar o edif cio no pr prio progra
48. os ciclos necess rio at que ponto anterior i i 1 lt 10 seja verificado entre dois ciclos sucessivos Figura 3 13 PC e data logger esquerda e controlo da prensa hidr ulica direita Figura 3 14 Prensa hidr ulica com provete 3 7 3 5 Resultados O m dulo de elasticidade em compress o Ec pode ser obtido de acordo com a seguinte express o Ao Of m RE O Un y x 1073 3 15 AE Een Ein eee Onde Ec modulo de elasticidade em compressao GPa Oin tens o inicial aplicada no ciclo n MPa Or n tens o m xima aplicada no ciclo n MPa Ei n extens o para a tens o Oin registado no ciclo n Ef n extens o para a tens o Ot n registada no ciclo n Foram realizados os ensaios do m dulo de elasticidade para os provetes BN2 e BL2 aos 28 dias ambos com rela o a c de 0 45 55 3 8 CONDUTIBILIDADE T RMICA 3 8 1 Ensaio de avalia o da condutibilidade t rmica Para a caracteriza o da condutibilidade t rmica dos bet es foi utilizado o equipamento ISOMET 2114 que permite determinar as principais caracter sticas t rmicas dos provetes por meio de uma sonda de superf cie Figura 3 15 Figura 3 15 Exemplo de realiza o de um ensaio com o equipamento ISOMET 2114 3 8 2 Procedimento de ensaio O ensaio baseia se na an lise da resposta t rmica do material analisado aos impulsos de calor emitidos pela sonda da m quina O fluxo de calor
49. pode conduzir a um comportamento mais vantajoso do ponto de vista do conforto e da economia de energia uma vez que amortece a onda de calor nos per odos em que mais intensa e dispersa os seus picos para as horas de menor calor 2 2 4 3 Ventila o A ventila o est relacionada com o fen meno de transmiss o de calor convec o ar ar A ventila o pode ser natural com aberturas pr prias para o efeito ou for ada mecanicamente As principais fun es da ventila o baseiam se no conforto t rmico preven o do aparecimento de condensa es e manuten o da qualidade do ar interior No interior dos edif cios ao fim de algum tempo o ar perde qualidade logo o ar polu do deve ser renovado por ar puro A renova o do ar pode contribuir para o conforto t rmico permitindo alcan ar com menor consumo de energia a temperatura de conforto no Ver o Por outro lado a ventila o importante para evitar condensa es e diminuir os n veis de humidade principalmente nas casas de banho e cozinhas por serem locais com elevada produ o de vapor 2 2 5 Regulamenta o atual A primeira regulamenta o t rmica portuguesa surgiu em 1990 com a aprova o do Decreto Lei N 40 90 de 6 de Fevereiro RCCTE 1990 que fez entrar em vigor o Regulamento das Caracter sticas de Comportamento T rmico dos Edif cios RCCTE tendo sido revista recentemente no mbito da nova diretiva europeia para a efici ncia energ tica dos
50. que influenciam as trocas de calor como a temperatura exterior a radia o solar a humidade do ar e o vento atmosf rico Al m dos factores externos existem tamb m os factores internos como o funcionamento de equipamentos e a pr pria ocupa o do lugar A transfer ncia de calor ou seja a energia transferida sob forma de calor devido um gradiente t rmico poder se dar por tr s fen menos distintos condu o convec o e radia o Os edif cios devem proporcionar aos utilizadores o conforto t rmico O uso de equipamentos de arrefecimento e ou aquecimento poderia ser uma solu o embora n o seja a mais econ mica fundamental pensar se em solu es construtivas que melhorem o comportamento t rmico dos edif cios no sentido de minimizar as trocas de calor e de economizar energia para a obten o das condi es de conforto pretendidos Entende se por envolvente t rmica de um edif cio a parte que separa o interior do edif cio do exterior ou de espa os n o teis A envolvente nomeadamente constitu da por elementos tais como portas janelas pavimentos cobertura e paredes que estabelecem essa separa o Para quantificar o balan o t rmico do edif cio necess rio conhecer as trocas de calor que se processam atrav s da sua envolvente O princ pio da conserva o de energia postula que o balan o entre a quantidade de energia que entra num volume de controlo e a quantidade de energia que sai num dado
51. redu o de 35 3 na resist ncia trac o por compress o diametral relativamente ao bet o leve de igual 60 composi o BL 3 Tal como observado na resist ncia compress o a introdu o de areia leve tende a prejudicar de forma importante as caracter sticas mec nicas dos bet es 3 9 2 3 M dulo de elasticidade De acordo com os resultados apresentados nos Quadros 3 10 e 3 11 verifica se que o m dulo de elasticidade do bet o leve BL 2 apenas cerca de 52 do obtido no bet o convencional de igual composi o Visto que os agregados ocupam uma frac o importante do volume do bet o a substitui o de agregados de massa vol mica normal por agregados leves de elevada porosidade e reduzida rigidez conduz a um decr scimo significativo no m dulo de elasticidade do bet o Os resultados obtidos corroboram o referido no documento FIB 1983 que para massas vol micas na ordem dos 1700 kg m semelhantes s do bet o analisado s o referidos redu es m dias de 50 face aos BAN de igual composi o 3 9 3 Propriedades t rmicas dos bet es no estado endurecido No Quadro 3 13 s o indicadas as propriedades t rmicas dos provetes para tr s condi es de humidade bet es em equil brio com a humidade relativa ambiente 65 75 HR bet es saturados bet es secos em estufa durante 15 dias Quadro 3 13 Coeficientes de condutibilidade t rmica Massa Cp x 10 a x 10 Gem to OR 61 Onde
52. relativamente aos ganhos atrav s da envolvente opaca e dos ganhos originados pela renova o de ar comparativamente situa o de Inverno facto que se deve maior intensidade da radia o solar e maior temperatura do ar exterior na esta o de Ver o Como se constatou nesta disserta o em geral os bet es leves utilizados em elementos estruturais na envolvente de um edif cio apresentam um melhor desempenho t rmico e energ tico do que os bet es normais Os bet es leves estruturais permitem solu es construtivas com melhor comportamento t rmico no sentido que minimizam as trocas de calor e reduzem as necessidades energ ticas necess rias para garantir o conforto t rmico pretendido Dependendo das condi es clim ticas da localiza o dos edif cios e da composi o do bet o rela o a c das misturas a substitui o de agregados leves conduziram a redu es de 0 7 a 4 4 nas necessidades energ ticas de Ver o e 3 7 a 19 4 nas necessidades energ ticas de Inverno A introdu o de areias leves implicou os maiores n veis de efici ncia energ tica conduzindo a uma redu o das necessidades energ ticas de at 6 4 no Ver o e 40 0 no inverno Verificou se tamb m que a utiliza o de bei es leves reduz a espessura minima de isolamento t rmico nos elementos estruturais para cumprir os requisitos m nimos de qualidade t rmica da envolvente opaca exterior Para Portugal a redu o da espessura m ni
53. se a carga m xima atingida F e Repetem se todos procedimentos descritos para todos os provetes a ensaiar 3 7 1 5 Resultados do ensaio A resist ncia compress o de cada provete dada pela seguinte express o fc 3 13 fc resist ncia compress o do provete MPa ou N mm F carga m xima N Ac rea da sec o transversal do provete na qual a for a aplicada mm 91 3 7 2 Resist ncia trac o por compress o diametral 3 7 2 1 Objectivo Um provete cil ndrico submetido a uma for a de compress o aplicada numa estreita zona ao longo do seu comprimento gerando se tens es ortogonais que provocam a rotura do provete por trac o 3 7 2 2 Norma de ensaio O ensaio de compress o diametral realizado de acordo com a norma NP EN 12390 6 2003 Ensaios ao bet o endurecido Parte 6 Resist ncia trac o por compress o dos provetes Os aspetos relativos geometria e dimens es dos provetes de ensaio encontram se descritos na norma NP EN 12390 1 2003 Ensaios ao bet o endurecido Parte 1 Forma dimens es e outros requisitos para o ensaio de provetes e para os moldes A execu o e cura dos provetes de ensaio foi efectuada de acordo com a norma NP EN 12390 2 2003 Parte 2 Execu o e cura dos provetes de ensaio de resist ncia mec nica 3 7 2 3 Aparelhos e utens lios Para a realiza o do ensaio de compress o diametral foram utilizados os seguintes
54. superior subtraindo se de 100 ao valor assim obtido Em seguida apresentam se os resultados obtidos para cada tipo de agregado areia leve agregado grosso leve areia fina areia grossa bago de arroz e brita 1 Na Figura 3 2 apresenta se a curva granulom trica dos agregados em escala logar tmica sendo que as abcissas representam a dimens o das part culas e as ordenadas a percentagem de material que passa em cada um dos peneiros 36 oN ha O U em U o O Ko un QU gt Sm O Lo un 77 o T U Ss Dimens o do agregado mm Areia Grossa Areia Fina le Areia Leve gt Brita 1 Leca D Bago de arroz Figura 3 2 Curvas granulom tricas dos agregados A an lise granulom trica dos agregados bem como o m dulo de finura s o apresentados no Quadro 3 2 3 Quadro 3 2 An lise granulom trica dos agregados Massa da amostra 1028 4 g Massa da amostra 1003 g Massa da amostra 1007 4 g Massa da amostra 1004 5 g Massa da amostra 1008 4 g Massa da amostra 1005 4 g ro pp t00 00 o wwo o 100 o ml O S To ooo oo eee s a io eo 10000 000 10000 000 10000 000 som ors 6621 3570 sers 63 27 ss 10000 000 e998 ooz ate os o6s1 seo 20m 7017 457 9548 99 99 0 01 99 97 0 03 97 72 2 28 36 49 63 51 2 98 97 02 4 32 95 68 ao 656 1691 soca ons dom 1978 am om oi com 006 vom
55. tipo de bet o leve dependendo da forma como se procede a inclus o de vazios na mistura intervindo na fase de agregados ou na matriz Bogas 2011 BET ES LEVES BL r j CERT TT 4 Su gt J BSFCOM 3 gape LEVES i 4 H e 7 ee EG DO TS Figura 2 1 Diferentes tipos de bet o leve Bogas 2011 O processo de produc o do bet o com agregados leves consiste na utilizac o de agregados leves em substituic o parcial ou total dos agregados utilizados no bet o convencional Os agregados leves podem ser agregados naturais de origem vulc nica ou artificiais tais como esc ria expansivo de alto forno argila xisto ard sia expandida vermiculita e agregados de cl nquer A caracter stica principal dos agregados leves a sua alta porosidade que resulta num peso espec fico mais baixo O bet o de agregados leves pode ser dividido em dois tipos segundo a sua aplica o bet o leve de isolamento ou enchimento e bet o estrutural de agregados leves Existe apenas um pequeno grupo restrito de agregados com caracter sticas mec nicas suficientes para produ o de bet es leves estruturais Apenas as variedades mais densas de agregado leves s o adequados para uso de bet o estrutural Samidi 1997 Os bet es designados de celulares s o produzidos pela introdu o de ar ou g s dentro da matriz ciment cia conseguindo obter vazios superiores a 50
56. tulo 3 nas esta es de Ver o e Inverno de cada localidade e que representam respectivamente as necessidades energ ticas de arrefecimento e aquecimento Uma vez que as reais esta es de aquecimento e arrefecimento podem ser mais do que os tr s meses das esta es de Inverno e Ver o foi considerado o per odo de Inverno entre 21 de Dezembro e 20 Mar o e o per odo de Ver o entre 21 de Junho e 22 de Setembro nas localidades do hemisf rio Norte j as localidades do hemisf rio Sul foi considerado o per odo de Inverno entre 21 de Junho e 22 de Setembro e o per odo de Ver o entre 21 de Dezembro e 20 Mar o Tamb m ser o analisados as necessidades energ ticas de arrefecimento e aquecimento anual Nas figuras 4 18 e 4 19 apresentam se os consumos energ ticos da frac o aut noma com os elementos estruturais constitu dos pelos diferentes tipos de bet o por rea til de pavimento nas esta es de Inverno e Ver o para as diferentes localidades de Portugal respectivamente 80 a Ln W UM gt ouawn nby ap 9pepissad9N WML PA WL EEZEZAQAAL EHH ELE BN1 BN2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 O o Oo LA o pect O lt ML BN1 BN2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 W YM gt OJUSWIDENbY ap apepissodoN z Seco mw Saturado 4 Seco E Saturado CLL o o o o o S Ee ns st o N O zUU UMM oJUaunanby 9P 9pepissodoN MMMM AA CMM
57. 005 im C 40 44 180 C 25 28 1406 3 9 2 3 Resist ncia a trac o Nos bet es leves analisados neste estudo obtiveram se resist ncia trac o por compress o diametral entre 2 22 e 3 94 Mpa aos 28 dias de idade semelhan a do que sucede na resist ncia compress o os bet es normais conduzem a maiores valores de resist ncia comparativamente aos bet es leves de composi o semelhante Como seria de esperar os bet es com agregados mais fracos s o os que apresentam menor capacidade resistente trac o De acordo com a ASTMC330 2004 qualquer dos bet es cumpre o valor de resist ncia trac o de 2 MPa requerido para a produ o de betoes leves estruturais Conforme se pode observar nos Quadros 3 10 e 3 11 para os bet es de composi es semelhantes verifica se que a resist ncia trac o por compress o diametral nos bet es normais reduzida em cerca de 35 3 37 3 e 32 9 quando se substituem os agregados grossos por Leca para rela es a c de 0 60 0 45 e 0 35 respectivamente Os resultados obtidos indicam que a redu o na resist ncia trac o dos BEAL foi mais independente da rela o a c do que o sucedido na resist ncia compress o Tal se deve maior depend ncia desta propriedade das caracter sticas do agregado mesmo tendo em conta bet o com pasta de qualidade mais fraca Por sua vez o bet o leve com areia leve BL4 em substitui o da areia grossa alcan ou uma
58. 06 MPa s de forma cont nua e sem choques No presente trabalho foi considerado uma velocidade de carga de 0 05 MPa s e Regista se a carga m xima atingida F e Repetem se os procedimentos descritos para todos os provetes a ensaiar 3 7 2 5 Resultados A resist ncia trac o por compress o diametral determinada pela seguinte express o 2 F fer 3 14 Onde fa resist ncia a trac o por compress o diametral MPa ou N mm F carga maxima N L comprimento da linha de contacto do provete mm d dimens o da sec o transversal mm 93 3 7 3 M dulo de Elasticidade 3 7 3 1 Objectivo O presente ensaio permite determinar o m dulo de elasticidade secante do bet o em compress o ap s um n mero especificado de ciclos de carga para um n vel de tens o na ordem de 1 3 da resist ncia m dia compress o fem 3 7 3 2 Norma de ensaio A metodologia de ensaio fixada pela norma LNEC E 397 Bet es Determina o do m dulo de elasticidade em compress o 3 7 3 3 Aparelhos e utens lios Na realiza o do ensaio do m dulo de elasticidade foram considerados os seguintes equipamentos e Prensa hidr ulica Figura 3 14 com capacidade de 250 KN e Data logger acoplado prensa hidr ulica que ir transmitir para um PC os sinais el tricos emitidos pelos sensores de leitura Figura 3 13 e Extensometros el tricos e Pano para limpeza dos provetes 3 7 3 4 Procedim
59. 1 2 6 Apresenta o e discuss o de resultados cooocccccnnoccccnoooccnnononncnnonononanonanonoos 41 3 4 FORMULA O DOS BET ES eae 43 34 1 INOQU O ects A cel a 43 34 27 GOMPOSICAO COS DEIS iia 43 3 4 2 1 Dosagem de gua de amassadura cccoocconocococcccnoncnnonnnononcnconanononnnnanonconn conan orina nnnnannos 43 34 22 Volume total de Aldaia id in 44 34 2 3 GOMPpoOsicoes UIZadaS a 44 34 3 Betao 21 Iam etme eter ras earner RO REIS RR ERR DSR eee ae 44 34 4 Defini o das MIStUlaSxcinidennied hehe ii 46 3 5 PRODU O DOS BET ES trees 47 Sol COMECC AO das MISU S sas o E AT 47 MISA ca cacdbdss 47 3 5 3 Moldagem compacta o cura ccooooccccnnooccccoooonnncononnnncnnnonnnnonnnnnnnnnnnnnnncnnnnnnnnnnn enn ncnnonnos 47 3 6 ENSAIOS DO BET O NO ESTADO FRESCO eae 48 310 1c ENSalo as ADAIXAMENTO sussa praias An 48 3 6 1 1 Objectivo e norma do ENSAIO cccscccssssccssssessscecssssecsssesesssseecsssssessssseessessessssteseeas 48 3 0 1 2 PROCECINMENTO CS CM SANO sarria rabo A ia isa 48 B20 19 ae SUILAdOS DO ENS AO OS 49 3 02 MASSA VOICE O 49 3 6 2 1 Objectivo e norma do ENS lO noni 49 SO ce PLOCCOIMENIO de ENSAIO ita lll Sa 49 3 6 23 Mestllados JO ENSAIO 50 3 7 ENSAIOS NO ESTADO ENDURECIDO ssa pa 50 VIII 3 7 1c Resistencia a COMpresS O a 50 Sle ODOC Oaa o aa at neat eRe eet arene ee rere Sete etre rere te ete 50 3112 Normas de ensal nornon
60. 2 BL3 BL4 04 02 O Oo SO OOOO O z W YM gt OJUaWIDaNby ap apepissadan BN1 BN2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 E Saturado Seco LLL EEE BN1 BN2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 O O O O 8 8 8 8 m N O z Q O w yMmy o u wn nby ap IPPPISSIIAN PPS MMMM MMMM PE MMM BN 1 BN2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 LA 00 50 Q O 50 O Oo SN AN Sd oo z UW UMM ojuauonaby ap pep ss 2 N 4 Seco mw Saturado Seco E Saturado CE MMMM SAA ME aU a BN1 BN2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 Oo Q E 40 00 30 00 10 00 N 7W UM gt OJUaWIDaNbY ap IPPPISSIIAN WHEE BN1 BN2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 21 00 20 00 19 00 18 00 17 00 16 00 15 00 W UM gt o uawn nby ap IPPPISSIDIN SECO E Saturado 4 SECO E Saturado do de Inverno b Hong S o Paulo no per odo IO r Necessidades nominais de energia til para aquecimento para a Hong Kong no per Kong no per odo anual e para as cidades do hemisf rio Sul c S o Paulo no per odo de Inverno anual e Cidade do Cabo no per odo de Inverno f Cidade do Cabo no per odo anual g h Camberra no per odo anual Figura 4 24 d Camberra no per odo de Inverno 88 MMM UMM 130 00 125 00 120 00 zUU UMA OJUSWIDIJBIY 9P IPPPISSIIIN DEE DELLO au WME 115 00
61. 99 novas solu es arquitet nicas mais arrojadas menores esfor os ao n vel das funda es e elementos mais esbeltos Al m disso as melhores capacidades de isolamento t rmico e o elevado desempenho ao fogo justificam o uso deste tipo de beti es Um exemplo de aplica o de bet es leves em edif cios de grande altura a Torre Picasso em Madrid Espanha O edif cio possui 45 andares e foi projetado pelo arquiteto Minoru Yamasaki FIB 2000 Neste edif cio foi utilizado Arlita com uma baridade de 0 75 g em massa vol mica das part culas de 1 38 g cm e granulometria compreendida entre 3 e 8 mm Este material foi pr molhado at cerca de 40 do seu peso para garantir a bombagem do bet o Foram utilizados cerca de 10 000 m de bet o com uma classe de consist ncia S4 uma classe de densidade D2 0 e uma classe de resist ncia LC20 22 Figura 2 2 Edif cio Torre Picasso 2 1 3 2 Pontes A utiliza o integral ou parcial de bet o de agregados leves em pontes tem sido uma das mais amplas aplica es deste tipo de bet o O principal objetivo da utiliza o do bet o leve a diminui o do peso pr prio reduzindo a carga nas funda es e os esfor os na estrutura e consequentemente reduzindo os efeitos s smicos Murillo Thoman e Smith 1994 O bet o leve apresenta tamb m vantagens durante a fase construtiva em solu o de avan os sucessivos Este bet o ao apresentar uma menor densidade comparativamente co
62. AC Material Properties State of the Art European Union Brite EuRam Ill BE96 3942 R2 December 1998 111p Faust T Proerties of diferent matrixes and LWACs and their influences on the behaviour of structural LWAC Second International Sympsium on structural lighteight aggregate concrete 18 22 June Kristiansand Norway Editors S Helland et al 2000 pp 502 511 Faust T The behaviour of structural LWAC in compression Second Internacional Symposium on structural lightweight aggregate concrete 18 22 June Kristiansand Norway Editors S Helland et al 2000b pp 512 521 FIB FIB manual of Lightweight aggregate concrete Federation internationale de la pr contrainte FIB second edition Surrey University Press France 1983 259p FIP 2000 Lightweight Aggregate Concrete Working Group on Lightweight Aggregate Concrete Bulletin 8 FIB Federation internacionale du beton Lausanne Freitas Itamar M Katia A Allende e Fathi A Darwish Effect of plastic regect and natural sand additions on the microstructure and mechanical behaviour of cellular concrete Internat Symposium Polymers in concrete Guimaraes Portugal pp 119 129 2006 Hammer T A The influence of lightweight aggregates properties on material properties of the concrete International Sympsium on Structural lightweight aggregate Concrete 20 24 June Snaderfjord Norway Editors Holand et al 1994 pp 517 532 Heimdal et al 1999
63. BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do cis E A y O oe 98 Figura 4 34 Trocas de calor na estac o de arrefecimento de Londres a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do bet o BL 4 Figura 4 35 Trocas de calor na esta o de arrefecimento de Hong Kong a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d XIII Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do A O me een ae 99 Figura 4 36 Trocas de calor na esta o de arrefecimento de Sao Paulo a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do Dela LA teas a Gents 100 NDICE DE QUADROS Quadro 2 1 Classe de massa vol mica do bet o de agregados leves NPEN 206 1 2005 7 Quadro 3 1 Massa m nima dos provetes de ensaio para realiza o da an lise ro o GS A 35 Quadro 3 2 An lise granulom trica dos agregados cccccseecceeeeceeeceeeeceueeseeeseeeeseeeeaes 38 Quadro 3 3 Massas vol micas absor o e teor de gua dos agregados
64. Clarker 1993 A constru o de edif cios altos tem uma grande tradi o na aplica o de bet o leve Esta conhecida pelas excelentes caracter sticas isolantes ac sticas e t rmicas e uma melhor resist ncia ao fogo comparativamente ao bet o convencional O menor valor do coeficiente de condutibilidade e de dilata o t rmica e o melhor comportamento dos agregados leves a altas temperaturas torna a utiliza o do bet o leve potencialmente atrativa nas situa es em que relevante a resist ncia ao fogo Estas propriedades do bet o leve valorizam as edifica es relativamente ao balan o energ tico No Reino Unido durante a d cada de 90 do s culo passado 80 da utiliza o do bet o de agregado leve era aplicado parcialmente ou integralmente em lajes Clarker 1993 As lajes de bet o leve apresentam as seguintes vantagens e Redu o ou elimina o das necessidades de protec o adicional ao fogo e Aumento da durabilidade do pavimento e Redu o do peso global do edif cio e diminui o das ac es sobre os elementos verticais e funda es Uma das principais vantagens do sistema o maior desempenho ao fogo resultando na protec o parcial das vigas de apoio por parte do bet o Resultados te ricos e experimentais indicam que duas horas de resist ncia ao fogo podem ser obtidas sem a necessidade de protec o adicional A redu o do peso pr prio das estruturas a necessidade de menor quantidade de a
65. Etude des tats limites des b tons dargile expanse en compression biaxiale et de leur volution en function de la vitesse de mont e en charge In Granulats et betons legers Bilan de dix ans de recherches de M Arnould et M Virlogeux M pp 349 358 Presses de I cole nationale des ponts et chauss es 1986 France Murillo J A Thoman S Smith D 1994 Lightweight Concrete for a Segmental Bridge American Society of Civil Engeneers Neville A M Properties of Concrete Fourth edition Longman 1995 Neville Adam M Aggregate bond and modulus of elasticity of concrete ACI materials Journal n 94 M9 pp 71 74 111 Newman J B Properties of structural lightweight aggregate concrete In Structural Lightweight Aggregate Concrete by J L Clarke pp 19 44 Chapman amp Hall 1993 NPEN2006 1 Bet o Part 1 Especifica o performance produ o e cnformidade European Committee for standardization CEN TC 104 Concrete Vers o portuguesa da EN 206 1 2000 A1 2004 Instituto portugu s da Qualidade Junho de 2005 84p Nussenzveig H M F sica B sica 2 ed vol 2 se o 7 1 Ed Edgard Bl cher Ltda 1981 Portugal Osman nal Tayfun Uyguniglu Ahmet Yildiz Investigation of properties of low strength lightweight concrete for thermal inSulation Building and Enviromnment 42 pp 584 590 Received 21 de July 2005 accepted Setembro 2005 Pankhurst R N W Construction In
66. IP 1983 Virlogeux 1986 Bogas 2011 O volume de agregados ocupa aproximadamente 70 do volume de bet es leves sendo por este motivo O principal factor a afetar a massa vol mica Assim a utiliza o de agregados com diferentes massas volumicas das part culas pode proporcionar grandes varia es nesta propriedade FIP 1983 De acordo com o FIP 1983 utilizando agregados adequados os BEAL podem ser produzidos com massas volumicas 25 a 40 inferiores em rela o os bet es com agregados normais Segundo o EuroLightCOnR2 1998 a massa vol mica pode ser utilizada como um indicador da resist ncia dos BEAL De facto esta propriedade afetada pela rela o a l gua ligante e propor o de agregados leves que condicionam as caracter sticas mec nicas e de durabilidade dos BEAL Pode considerar se que a massa vol mica dos BEAL varia geralmente entre 1200 e 2000 kg m NPEN206 1 2004 com a maioria dos bet es leves estruturais de moderada a elevada resist ncia a apresentar massa vol mica superior a 1600 kg m CEB FIP 1977 Nos BEAL a massa vol mica governada pela massa volumica do agregado que por sua vez tende a evoluir proporcionalmente com a sua capacidade resistente FIP 1983 Um dos aspetos mais relevantes que caracteriza os BEAL o facto de que estes apresentam m dulos de elasticidade bastantes inferiores do que o m dulo de elasticidade dos bet es convencionais Este facto resulta da menor ri
67. L 4 Verifica se que Faro a localidade nacional com maiores percentagens de redu o de consumos energ ticos e Bragan a a cidade com as menores percentagens de redu o de consumos energ ticos 83 no per odo de Inverno No entanto ao analisar as localidades pelos valores absolutos de poupan a de consumo energ tico verifica se que Bragan a a localidade com as maiores poupan as entre os betoes leves e normais de composi o semelhante e entre BL 3 e BL 4 sendo Faro a localidade com os menores valores absolutos de poupan a de consumos energ ticos Em Faro onde as necessidades energ ticas s o mais pequenas qualquer varia o tem maior impacto na varia o percentual Relativamente s necessidades energ ticas de arrefecimento no per odo de Ver o Figura 4 19 a c e g a cidade de Faro apresenta os maiores valores entre 27 78 e 27 95 kWh m consoante o tipo de bet o normal e entre 25 61 e 27 15 kWh m consoante o tipo de bet o leve representando em m dia 38 a mais do que as de Lisboa As cidades de Bragan a e do Porto apresentam aproximadamente 78 e 52 das necessidades energ ticas de arrefecimento de Lisboa Como seria de esperar as localidades com as condi es clim ticas mais severas no per odo de Ver o apresentam se com maiores consumos energ ticos de arrefecimento A Figura 4 21 apresenta a percentagem de redu o de consumo energ tico de arrefecimento da frac o aut noma com a solu o de be
68. PPISSIIIN BN1BN2BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 O O o OQ a O 19 00 O a N 18 00 N N zUU UMA OJUSWIDIJBIY 9P IPPpISSIIDN A ga Seco E Saturado ga Seco E Saturado AA y ss 00 co ea l l p E8 ca ZA N gt OQ a faa O ANA ZE sa o ES o co co w Y TI sn 777777777 a co um vo O O O O O O O O O O O O O O O O O O N o 00 o nt N N ao N MM NN A JH JH JH JH JH JH a A A A A A zZLU UMA OLUSWUIDAJBIIY zw 4MmJ OJUSWID2AJBIIY ap pep ss 2 N ap pep ss 2 N JH co co CA O m D D WEEE N a oO faa willl a 4 2 S UMM o TTT gt o o o en Ya gt Waa co ps co DARA sm a 20 ma O O O O O O O O O O O o 0 802383 O LX A DS QM O 00 pa Co LN Jr O O O O O N N N N N N lt zLU UMA OJUIWDIJ JJ 7W YM gt OJUGUIDI JS ly ap IPPPISSIDIN ap IPRPISSIIIN Seco E Saturado Seco EH Saturado Arari rr PE BN 1 BN2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 19 00 18 50 18 00 17 50 17 00 16 50 16 00 zLU UMA OJUSWIDAJBIIY 9p apepissadan ODA TEE BN1BN2BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 16 00 15 50 15 00 14 50 14 00 13 50 zLU UMA OJUSWIIaJBIY 9P IPPpISSIIIN s Seco E Saturado z Seco E Saturado Figura 4 19 Necessidades nominais de energia til para arrefecimento de Portugal a Lisboa no per odo de
69. REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS eee 109 ANEXO A ANAL SE GRANULOMETRICA ANEXO B COMPOSI O DOS BET ES erre ANEXO C MASSA VOL MICA ABSOR O DE GUA E TEOR DE HUMIDADE ANEXO D MASSA VOL MICA NO ESTADO ENDURECIDO ANEXO E RESIST NCIA COMPRESS O ANEXO F RESIST NCIA TRAC O POR COMPRESS O DIAMETRAL ANEXO G M DULO DE ELASTICIDADE ANEXO H PROPRIEDADES T RMICAS DOS BET ES NO ESTADO ENDURECIDO ANEXO PLANTA DO APARTAMENTO NDICE DE FIGURAS Figura 2 1 Diferentes tipos de bet o leve Bogas 2011 5 Figura 2 2 Edificio Torre PICASSO seins Aina ed 8 Figura 2 3 Ponte Nordhordland NOrue Qa cccscccseccseeeeeeeeeeeeeeceeeeeeeceeeeeeeesueeseeeaeeeaeeenees 9 Figura 2 4 Plataforma Hibernia Bogas 2011 ccccccsecceeeseeeseeeseeeseeeneeneeeseeeseeeseeeseeenes 10 Figura 2 5 Curva de rela o entre condutibilidade t rmica e a massa volumica Clarke oe Pee I eee 18 Figura 2 6 Balan o t rmico de edif cios na situa o de Ver o Silva 2006 19 Figura 2 7 Balan o t rmico de edif cios na situa o de Inverno Silva 2006 20 Figura 3 1 Agitador de peneiros utilizado na an lise granulometriCa cccseeeeeseeeees 36 Figura 3 2 Curvas granulom tricas dos agregados errar 37 Figura 3 3 Curva de evolu o de absor o de gua da areia
70. S EM BET O LEVE No presente cap tulo numa primeira fase descrito o caso de estudo e realizada uma introdu o ao programa EnergyPlus utilizado nesta disserta o descrevendo a sua estrutura de funcionamento e os princ pios de c lculo subjacentes Numa segunda fase ser o explicados os principais inputs e outputs do programa na tica do utilizador isto pretende se dar a conhecer de uma forma clara e resumida o modo de funcionamento do programa Contudo aconselh vel a consulta do manual do EnergyPlus Ernest 2013 com vista a encontrar explica es mais detalhadas Finalmente apresentar se o ainda os resultados obtidos nas v rias simula es energ ticas permitindo avaliar o desempenho t rmico de bet es estruturais de agregados leves com diferentes composi es e condi es clim ticas 4 1 DESCRI O DO CASO DE ESTUDO O objeto de estudo uma frac o aut noma de tipologia T3 apartamento localizada num piso interm dio de um edif cio de habita o cuja planta se representa na Figura 4 1 Exterior Interior gt Exterior Legenda E Pilares Fronteira Aciab tica Exterior Figura 4 1 Geometria da frac o aut noma utilizada como caso de estudo 65 O comportamento t rmico da frac o ser analisado para diferentes localidades climas e para os diferentes tipos de bet o descritos no Cap tulo 3 As principais caracter sticas da frac o aut noma necess rias introduzir
71. T CNICO LISBOA Y AN LISE DO DESEMPENHO T RMICO DA ENVOLVENTE DE EDIF CIOS EM BET O LEVE Diego J nior de Souza Dissertac o para obtenc o do Grau de Mestre em Engenharia Civil Orientadores Prof Jos Alexandre de Brito Aleixo Bogas Prof Maria da Gl ria de Almeida Gomes Juri Presidente Prof Ana Paula Participo Teixeira Ferreira Pinto Fran a de Santana Vogais Prof Maria da Gl ria de Almeida Gomes Prof Antonio Heleno Domingues Moret Rodrigues Outubro de 2014 An lise do desempenho t rmico da envolvente de edif cios em bet o leve Diego J nior de Souza Disserta o para a obten o do Grau de Mestre em Engenharia Civil Disserta o elaborada no mbito do Projecto FCT EELWAC Durability and lifetime of more energy efficient structural lightweight aggregate concrete Task 2 Insulation performance of durable LWAC as a more energy efficient building solution Projecto FCT PTDC ECM COM 1 734 2012 Uniao Europeia Governo da Republica Portuguesa FEDER FCT Funda o para a Ci ncia e a Tecnologia MINISTERIO DA CIENCIA E DO ENSINO SUPERIOR Portugal RESUMO Os edif cios s o respons veis por uma grande parte dos consumos energ ticos sendo por isso bastante importante aumentar a sua efici ncia energ tica Uma das estrat gias para aumentar a efici ncia energ tica dos edif cios prende se com a melhoria da envolvente t rmica dos edif cios O presente estudo pretende analisar o desem
72. UMMM UMMM o o o o o Y lt o A O zUU UMA o uawn nby op 9pepissod9N BN1 BN2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 BN1 BN2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 s Seco E Saturado 4 Seco E Saturado WM WLLL MLM WML Ed BN1 BN2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 O o Oo LA O o Ln 20 00 10 00 zw 4MmJ o uawn nby 9p apepissadan GEE BN1 BN2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 12 00 10 00 8 00 6 00 4 00 2 00 0 00 W YM gt JUS DaNby 9p apepissadan a Seco E Saturado Seco E Saturado A 48 00 38 00 28 00 18 00 8 00 AAA BN1BN2BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 2 00 U4 YyMn1 OJUsUIDENbY ap IPPPISSIIIN IIA GA GEE WMA 28 00 26 00 24 00 22 00 20 00 BN 1 BN 2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 W YM gt OJUSWIDENbY ap apepissodoN 4 Seco E Saturado E Saturado Seco Lisboa no per odo de Inverno Figura 4 18 Necessidades nominais de energia til para aquecimento de Portugal a b Lisboa no per odo anual c Faro no per odo de Inverno d Faro no per odo anual Porto no per odo de Inverno f Porto no per odo anual g Braganca no per odo de Inverno h Braganca no per odo anual e 81 MMMM MMM BN 1 BN2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 o oo O a rs qd o o N MA N A ACUM zUU UMA OJUSWIDAJIIIY 9P IP
73. UTURAIS EM BET O LEVE 65 4 1 DESCRI O DO CASO DE ESTUDO eee 65 IX 4 2 DESCRI O DO PROGRAMA DE SIMULA O ENERGY PLUS 67 A 2 Vo AQU OUT F AU AIIIOUCIS oie Sadler sean nada ga a agen e sean 69 A 22 LOCA UNO and Climate a sspantadani sua aan A A a ga 70 AS CINCO ii NE A EA AEA NA E EA TMT ree re tree EA ene cnr nero ee 71 4 2 4 Surface Constrution EICMONES cccccscccssccesccsssessscsssecsssesssecsssecsunessasesseessneesensessaseses 72 4 2 5 Thermal Zones and Surfaces oeira EE AE 74 ASE AA RA E E Te eT Teer nT art arent re a artsy 78 e aL ONCA OW estacas a clic 78 AO TTA VAG 1 CIMDIALCS esse tate hte ree teat DAS Sep Mate aan heat A ta 79 O o EA 79 da ROM VV CAU TOF TF IO RSRS ENE RDI RA DO RISE NS ORNRDA O DRE ENE N RE 80 4 3 APRESENTA O E DISCUSS O DE RESULTADOS 80 4 3 1 An lise do consumo energ tico coocccoccccnocncnonnnoonnnononnnonnnnononnnonnnnononnnonnnnononncnnannnnnnos 80 Ad 2 Analise das rocas Ge cal cascara alce 90 4 4 3 Coeficientes de transmiss o t rmica dos elementos estruturais e espessuras m nimas de isolamento t rMICO cccccccncnnnnnaninanananononcncnnnononononanananananonononnnnnnncnnonononananananos 101 5 CONCLUS ES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS aeeie 103 5 1 CONSIDERA ES FINAIS ooococininconinininnoncninconancncncononcoronononcarononon cn rononan on conocen on conanenos 103 5 2 CONCLUS ES GERAIS a 104 5 3 PROPOSTAS DE DESENVOLVIMENTO FUTURO 107
74. Ver o b Lisboa no per odo anual c Faro no per odo de Ver o d Faro no per odo anual e Porto no per odo de Ver o f Porto no per odo anual g Braganca no per odo de Ver o h Braganca no per odo anual 82 Pela an lise dos resultados indicados nas Figuras 4 18 constata se que as necessidades energ ticas para o mesmo tipo de bet o s o menores em estado seco do que saturado o que se justifica pelo menor valor do coeficiente de condutibilidade t rmica dos provetes secos face aos saturados independentemente do per odo analisado De acordo com o FIB 1983 o coeficiente de condutibilidade t rmica proporcional ao teor de humidade Nas localidades nacionais analisadas verifica se que os consumos energ ticos dos bet es normais s o sempre superiores em rela o aos dos bet es leves de composi o semelhante Entre os bet es leves o BL 4 foi o que apresentou menores consumos energ ticos por ser tamb m aquele que tem um menor valor de coeficiente de condutibilidade t rmica A medida que aumenta a massa vol mica de BL 1 para BL 3 como esperado e confirmado experimentalmente no Cap tulo 3 a condutibilidade t rmica aumenta e as necessidades energ ticas tamb m aumentaram Figuras 4 18 e 4 19 Em Portugal Figura 4 18 a c e 9 as necessidades energ ticas de aquecimento no per odo de Inverno utilizando o coeficiente de condutibilidade t rmica do bet o dos elementos estruturais em estado seco apresentam o
75. Y AAA Teg O Select objects Shift to extend select Orag mouse to select multiple Measureme mts Figura 4 10 Geometria da frac o aut noma no SketchUp No programa SketchUp foram inseridos os nomes de cada superf cie e introduzidas as caracter sticas geom tricas de modo a serem identificadas corretamente no DF Editor 4 2 5 1 Global Geometry Rules O campo Global Geometry Rules define as regras geom tricas utilizadas dos v rtices de cada superf cie atrav s do sistema de coordenadas Coordinate System e da ordem de numera o Starting Vertex Position e Vertex Entry Direction 4 2 5 2 Zone O campo Zone permite a cria o de zonas t rmicas que s o definidas por um volume onde a temperatura interior constante Nesta disserta o apenas ser criada uma nica zona caracterizada pelo nome Zona e que corresponde a todo o espa o da frac o aut noma em estudo 4 2 5 3 Building Surface Detailed As superf cies s o caracterizadas no campo Building Surface Detailed sendo que alguns campos de entrada s o preenchidos no Google SketchUp com o nome da superf cie tipo de cobertura condi o de fronteira exterior exposi o solar e ao vento sendo as restantes editadas no DF Editor Figura 4 11 Na barra de ferramentas do plug in Open Studio no Google SkecthUp ap s selecionar a superf cie desenhada e selecionar o bot o Inspector aparece um conjunto de dados referentes geometria de
76. a Perspectivas de inova o e futuro Semin rios de Inova o IST Lisboa 14 de Junho de 2004 Legisla o Portuguesa Decreto Lei n 80 2006 de 4 de Abril Regulamenta o das Caracter sticas de Comportamento T rmico dos Edif cios RCCTE Diario da Rep blica S rie B Portugal 2006 Louren o P B e Sousa H Semin rio sobre Paredes de Alvenaria Porto Portugal 2002 Maage et al 1998 Chloride penetration into concrete with LWA EuroLightCon Noruega Maage 1998 Malhotra V M 1987 CANMET Investigations in the Development of High Strength Lightweight Concrete Symposium in Utilization of High Strenght Concrete Stavanger Norway Mehta P Kumar e Paulo J M Monteiro Concrete Microestructure properties and materials third edition Mc Graw Hil 2006 Melby Ing karl Use of high strength LWAC in NOrweigain bridges Second International Sympsium on structural lighteight aggregate concrete 18 22 June Kristiansand Norway Editors S Helland et al 2000 pp 47 56 Mimoso Jo o Manuel Transmiss o de calor bases te ricas para aplica o t rmica de edif cios LNEC 1987 Portugal Mindess Sidney J Francis YOung and David Darwin Concrete Second edition Edited by Prentice Hall Pearson Education Inc 2003 Mohd Roji Samidi 1997 First report research project on lightweight concrete Universiti Teknologi Malaysia Skudai Johor Bahru Mourin D e A Vaquier
77. a a pr saturar os agregados durante um per odo de tempo nunca inferior a 24 horas e Ap s o per odo de tempo referido regista se o peso do conjunto provete gua picn metro Ma e Seguidamente retira se o provete do picn metro e procede se secagem manual do mesmo com o objetivo de retirar a gua superficial regista se depois o peso da amostra saturada com a superf cie seca M1 e Enche se o picn metro com gua e regista se o peso do conjunto gua picn metro Ms e Por fim coloca se o material em estufa ventilada a 105 C at atingir a massa constante e regista se o peso do material seco Ma 3 3 1 2 4 Resultados dos ensaios As Massas vol micas das part culas PaPra Pssa em quilogramas por dec metro c bico sao calculadas de acordo com as seguintes express es Ma A E RE 3 2 My M2 M3 pw Es DO Ma ee a gds My M2 M3 1 Pw E M 3 4 did IM Mz M3 0w A absor o de agua em percentagem da massa seca ap s imers o em gua durante 24 horas Wabs 24 determina se pela seguinte express o Wan os 128 x 100 3 5 l M Onde pa Massa vol mica do material imperme vel das part culas kg dm Pra Massa vol mica das part culas secas em estufa kg dm Pssa Massa vol mica das part culas saturadas com superf cie seca kg dm pw Massa vol mica da gua a temperatura registada na pesagem de Me kg dm Wavs24 Absor o de gua ap s i
78. a nao Pias os upa a aaa bos asas dia beds epa 67 Figura 4 5 Programa SketchUp com as barrar do plug in Open Studio 68 Figura 4 6 Grupo Simulation ParamMedterS oonccconncconncconnnonnonnnnonnnonnnnonnnnonanonnrnonarnnnanenncnonons 69 Figura 4 7 Campos de entrada do Run Peri0dl ooocccconcncccnncconcnccnnnononnnnnnnnnnnnnnonannnnnnnnos 71 Figura 4 8 Objeto SCNEGUIC cui A A ci 71 Figura 4 9 Campos de entrada do Material oococoncocccnnoconnnoonnnononnnonannnnnncnonannnnnnnnos 73 Figura 4 10 Constitui o dos elementos construtivos no campo Construction 74 Figura 4 11 Geometria da frac o aut noma no SketchUp 75 Figura 4 12 Campos de entrada de Building Surface Detailed 76 Figura 4 13 Campos de entrada de Window Property Shading Control ooo o 77 Figura 4 14 Campos de entrada do objeto Fenestration Surface Detailed 77 Figura 4 15 Preenchimento do campo Light no objeto Internal Gain 78 Figura 4 16 Preenchimento do objeto Ventilation Design Flow Rate 78 Figura 4 17 Objeto HVAC Template Thermostat oooooocococonicccncccnconocnconnncnconacononnnencnnarincnnnros 79 Figura 4 18 Objeto HVAC Tempate Zone Ideal Loads Air System ccceeeeeeeeeeeeeees 79 Figura 4 19 Necessidades nominais de energia util para aquecimento de Portugal a Lisboa no per odo de Inv
79. a se o bet o com a agulha vibrat ria mantendo a numa posi o vertical e sem tocar nas extremidades do recipiente o per odo de compacta o deve ser adequado de modo a prevenir quaisquer ind cios de segrega o ou exsuda o e Ap s o enchimento total do recipiente alisa se a superf cie com recurso colher de pedreiro 49 e Elimina se o excesso de bet o no exterior do recipiente e Pesa se o recipiente com o bet o fresco e regista se a sua massa 3 6 2 3 Resultados do ensaio A massa vol mica do bet o no estado fresco dada pela seguinte express o kg m 3 12 p Em que p Massa vol mica do bet o fresco M Massa do recipiente vazio M Massa do conjunto recipiente e bet o V Volume do recipiente 3 7 ENSAIOS NO ESTADO ENDURECIDO 3 7 1 Resistencia compress o 3 7 1 1 Objectivo O objectivo principal determinar a resist ncia compress o dos diferentes bet es sob uma tens o de compress o uniforme 3 7 1 2 Normas de ensaio O ensaio foi realizado de acordo com a norma NP EN 12390 3 2003 Ensaios do bet o endurecido Parte 3 Resist ncia a compress o dos provetes de ensaio Os aspetos relativos geometria dimens o execu o e cura dos provetes de ensaio encontram se descritos respetivamente na norma NP EN 12390 1 2003 Parte 1 Forma dimens es e outros requisitos para o ensaio de provetes e para os moldes e na norma NP EN 12390 2 2003 P
80. a simula o resulta em erro Cada semana tipo ser associada a um ano tipo No ano tipo o hor rio de ocupa o foi denominado Aberto e o sistema de climatiza o AC Aquecimento em regime de aquecimento e AC Arrefecimento em regime de arrefecimento 4 2 4 Surface Constrution Elements Este grupo baseia se na defini o dos materiais e das solu es construtivas da envolvente exterior e interior do edif cio onde s o caracterizados os pavimentos paredes coberturas portas e janelas 72 4 2 4 1 Material A defini o da envolvente inicia se com a caracteriza o de todos os materiais opacos existentes no campo Material que posteriormente ser o utilizados no grupo Construction para a defini o da constitui o das solu es construtivas Para cada elemento criado ser necess rio preencher os campos com as suas respectivas propriedades mec nicas e f sicas nomeadamente a rugosidade Roughness que varia desde muito rugoso Very Rough a muito liso Very Smooth a espessura Thickness do material na dire o perpendicular camada em metro o calor espec fico Specific heat a condutibilidade t rmica Condutivity a massa vol mica Density e a absorpt ncia t rmica solar e vis vel Thermal absorptance Solar abosorptance e Visible absorptance Na Figura 4 8 apresentado o campo Material e os respectivos par metros de preenchimento Os valores de coeficiente de condutibilidade t rmica
81. adiente de temperatura de 1 C durante um segundo A sua formula o matem tica corresponde lei de Fourier estabelecida em 1822 Nussenzveig 1981 a qual para um elemento com espessura e m e rea S m perpendicular ao fluido submetido a uma diferen a de temperatura uniforme nas faces 0 0 em C e n o variando no tempo se traduz por AS 6 O Q AS O1 02 K A 6 05 W 2 3 onde K Na a condut ncia t rmica do elemento W m C Pela f rmula anterior traduz se que o fluxo de calor atravessa uma dada superf cie S proporcional ao produto da rea atravessada pela diferenca de temperatura existente e inversamente proporcional a espessura sendo a condutibilidade t rmica a constante de proporcionalidade Por uma quest o de simplifica o considera se que o fluxo de calor por condu o que atravessa um dado elemento unidirecional embora na realidade a condu o possa ser um fen meno tridimensional No entanto em t rmica dos edif cios os elementos da envolvente geralmente t m a dimens o perpendicular ao fluxo de calor comprimento muito maior relativamente dimens o paralela ao fluxo espessura logo a hip tese de fluxo unidimensional pode ser aplicada na maior parte dos casos Esta simplifica o n o v lida em zonas de vigas e pilares uma vez que nestes elementos existe uma elevada concentra o de trocas de calor as designadas pontes t rmicas nas quais o f
82. adotou se o seguinte procedimento e Seca se a amostra em estufa ventilada 105 5 C at se atingir massa constante e regista se o seu valor e De seguida coloca se directamente o provete de ensaio na coluna de peneiros corretamente ordenados com fundo e tampa e procede se peneira o mec nica Figura 3 1 35 e Retira se cada peneiro individualmente e certifica se atrav s de agita o manual com a tampa e fundo que n o existe perda de material e O processo de peneira o termina quando ap s 1 minuto de peneira o manual a massa do material retido n o sofre altera o superior 1 0 e Seguidamente pesa se o material retido no peneiro de maior dimens o nominal e regista se a sua massa e Repete se o procedimento anterior para os restantes peneiros registando se a massa das diferentes fra es e Por fim pesa se o material retido no fundo res duo e a Figura 3 1 Agitador de peneiros utilizado na an lise granulom trica 3 3 1 1 3 Resultados do ensaio A percentagem de material retido em cada peneiro determinado de acordo com a seguinte express o M Vi a x 100 3 1 Onde V Percentagem de material retido em cada peneiro M Massa da amostra seca M Massa de material retido em cada peneiro A percentagem de material passado acumulado corresponde soma entre a percentagem do material retido no peneiro em causa e as do material retido em todos os peneiros de abertura
83. ais e espessura m nima de isolamento t rmico min 2U corr entes Umax Upitares Ucorrente 2Ucorrente Umax 11 Umax l2 Umax 13 BNI 197 336 2 20 Bl1 099 251 067 134 1 75 2 90 101 Verificou se que como esperado a utiliza o de bet es leves reduz a espessura necess ria de isolamento t rmico nos elementos estruturais A redu o da espessura de isolamento variou entre 13 e 22 para os bet es com composi o semelhante Esta redu o de espessura de isolamento aumenta medida que a rela o a c aumenta No caso do BL4 com areia leve a redu o da espessura m nima de isolamento t rmico foi de 60 102 5 CONCLUS ES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS 5 1 CONSIDERA ES FINAIS A preocupa o em reduzir os consumos de energia no sector da constru o uma realidade actual Nos edif cios pretende se um ambiente interior termicamente confort vel para os seus ocupantes sem grandes disp ndios de energia Para melhorar o comportamento t rmico e a efici ncia energ tica dos edif cios deve adoptar se estrat gias de conce o e constru o tendo em conta aspetos construtivos a intera o com o clima local a escolha dos materiais e a aplica o da legisla o espec fica em vigor Neste contexto necess rio encontrar solu es alternativas com melhores propriedades t rmicas donde se destaca o bet o leve estrutural que permite obter solu es mais leves e energeticamente m
84. ais eficientes Torna se assim fundamental analisar o desempenho t rmico de bet es leves cujas caracter sticas f sicase mec nicas respondam s exig ncias estruturais dos edif cios O presente trabalho incidiu numa primeira fase na caracteriza o fisica mecanica e t rmica de bet es produzidos com agregados leves de argila expandida Nacionais tendo em considera o misturas correntes a c 45 e a c 0 60 e de elevado desempenho a c 0 35 Para tal foi prevista uma campanha experimental que envolveu a realiza o de ensaios de compress o tra o m dulo de elasticidade e determina o do coeficiente de condutibilidade t rmica Tendo em considera o bei es com agregados grossos ou agregados grossos e finos de argila expandida para diferentes n veisde compacidade foi poss vel abranger bet es de diferentes classes de resist ncia representativos dos bei es correntemente utilizados em edif cios Paralelamente a este trabalho foram igualmente ensaiados bet es de massa vol mica normal de igual composi o de modo a avaliar o comportamento relativo das v rias solu es preconizadas Com base nos resultados experimentais obtidos durante a primeira parte do trabalho foi realizada numa segunda fase um conjunto de simula es energ ticas em EnergyPlus que permitiu analisar o desempenho t rmico de uma frac o aut noma de um edif cio localizada em diferentes pa ses com diferentes climas e com os elementos estruturais
85. anhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do Delo fh Rie Panerai ore Er oe DRA Rio DS TO nee ey oer one er oe 92 Figura 4 29 Trocas de calor na estagao de aquecimento de Londres a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do bet o BL 4 Figura 4 30 Trocas de calor na esta o de aquecimento de Hong Kong a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do e E ee ee ee ee en eee ae ee ene eee 94 Figura 4 31 Trocas de calor na esta o de aquecimento de S o Paulo a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do NS 95 Figura 4 32 Trocas de calor na estac o de arrefecimento de Lisboa a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do bet o BL 4 Figura 4 33 Trocas de calor na estac o de arrefecimento de Copenhaga a Perdas de calor do bet o
86. ao alain a nes 27 2 2 6 Programas de simula o ENELGEtiCa ccccccessccessscssssecessseesssecessecesseecseeessseeseeeeseaes 29 2 3 COMPORTAMENTO T RMICO DE EDIF CIOS COM SOLU ES EM BET O LEVE rd tecno 29 29 ON ARAS O aussi E ee 29 2 3 2 Aplica o de bet o leve em elementos n o estruturais 30 2 3 3 Aplica o de bet o leve em elementos estruturalS coooocccccnoocccccoooncnononnnnanonanonnos 31 3 CAMPANHA EXPERIMENTAL cccacncsaconnansosmansaconnennabwensaconneannanunnsosonmeananiemsaconenamancactons 33 3 Ao INTRODU O oa 33 3 2 PLANEAMENTO DA CAMPANHA EXPERIMENTAL c cccccccsscssessessssesssessesseeeees 34 3 MATERIA Sn ds 34 3 3 1 Ensaios de caracteriza o dos AYregadOsS ccconoccoccnoooccccnoooncncononnnonononononcnononononanonnos 35 3 0 o DEUSES USEI Sia 35 VII 3 3 1 1 1 Objectivo e norma do ensaio ceescccssssecesssesssssecessseessseecsssesesssaeessssssesssaneeseas 35 Ss 121 2 Procedimento de CIS AIO escueta geada aa RS cs 35 3 3 1 1 3 Resultados do ensaio iii 36 3 3 1 2 Massa volumica absor o de gua e teor de Humidade o cooocccoonccnnno 39 3 9 1 21 Objectivo e norma do EN a NR N 39 3 3 1 2 2 Procedimento de ensaio para agregados fiNOS ooocccnnoconccononancnnnoannncnananoos 39 3 3 1 2 3 Procedimento de ensaio para agregados grossos 39 30 124 Resultados doS ens alo ura gg e 40 3 3 1 2 5 Teor de Humidade arado anda bi 41 3 3
87. areia total Bet o de refer ncia RpagoX YRgrital l x 0 300 X Peneiros Brita 5 160 1000 1000 00 mz oat orse 621 do 662 5566 11124 ss 26 seo sn ao 30 1397 2060 20 O 05 01 006 000 243 79 M dulo de Finura A brita composta definida por 30 de bago de arroz e 70 de brita 1 Formula o da massa kg dos agregados por m de bet o sem corre o BNi 06 660 27 516 258 350 210 BN2 045 660 277 54 270 400 180 02 BN3 0 35 659 27 549 275 450 1575 05 BLi 06 375 sie 258 350 210 BL2 045 375 541 270 400 180 01 Et oe 374 26 275 450 1575 05 Notas Areia 1 Areia grossa Areia 2 Areia fina SP Superplastificante Formula o da massa kg dos agregados por betonagem com corre o 0 45 0 35 0 60 0 0743 0 0621 Massa kg Massa 9 Mi BN1 URIS 17207 32081 16030 21747 15888 BN2 045 49 301 20692 40 211 20 068 29 731 13 588 595 BN3 035 41951 17297 34 111 17 087 27 960 9 961 1398 BL1 06 23337 32061 16030 21 747 14912 BL2 045 27 917 40 211 20 068 29 731 15 609 29 7 BL3 035 23 275 34111 17087 27 960 11 645 1398 BL4 035 23275 13 487 17 087 27 960 12987 1398 ANEXO C MASSA VOL MICA ABSOR O DE GUA E
88. arte 2 Execu o e cura dos provetes de ensaio de resist ncia mec nica 3 7 1 3 Aparelhos e utens lios Para a realiza o dos ensaios de compress o foi utilizada uma prensa hidr ulica de 4 colunas com capacidade de 3000 KN e conforme com a norma NP EN 12390 4 Figura 3 8 e Figura 3 9 90 Figura 3 9 Controlo da prensa hidr ulica de 4 colunas Figura 3 8 Prensa hidr ulica de 4 colunas 3 7 1 4 Procedimentos do ensaio O ensaio foi realizado em provetes c bicos de 150 mm de aresta ap s serem sujeitos a cura h mida at idade de ensaio No presente trabalho foram ensaiados 3 provetes aos 7 dias de idade e 8 provetes aos 28 dias de idade por cada tipo de bet o O ensaio foi realizado de acordo com o seguinte procedimento e Ap s o per odo de cura retira se o provete do ambiente de cura e Remove se o excesso de humidade e ou sujidade do provete e Pesa se e regista se a massa do provete e Limpam se cuidadosamente todas as superf cies da m quina de ensaio e Posiciona se o provete centrado relativamente ao prato inferior e de forma carga ser aplicada perpendicularmente direc o de moldagem sem uso de cal o entre o provete e os pratos da m quina de ensaio e Aplica se a carga a uma velocidade constante de 0 2 a 1 MPa s de forma cont nua e sem choques at se atingir a rotura do provete No presente trabalho os ensaios foram realizados para uma velocidade de carga de 0 6 MPa s e Regista
89. as Os resultados dos ensaios s o armazenados na m quina nomeadamente o coeficiente de condutibilidade t rmica W m K a velocidade da dissipa o do calor a m s e a capacidade t rmica volum trica Cp J m C 3 9 APRESENTA O E DISCUSS O DE RESULTADOS 3 9 1 Propriedades dos bet es no estado fresco Para todas as amassaduras foram realizados os ensaios de determina o da massa vol mica fresca e abaixamento de modo a controlar a qualidade dos bet es produzidos No Quadro 3 9 indicam se os valores obtidos para o abaixamento no cone de Abrams e massa vol mica no estado fresco Quadro 3 9 Abaixamento e massa vol mica em estado fresco Tipo de Abaixamento Massa vol mica bet o mm fresca kg m Conforme estabelecido as misturas apresentam valores de abaixamentos na gama de valores entre 120 20 mm independentemente do tipo de agregado e rela o a c Verificou se uma ligeira redu o da trabalhabilidade nos bet es com agregados de massa vol mica normal dado estes apresentarem forma menos esf rica e como tal maior atrito interno A introdu o adicional de areia leve dendo a sua forma relativamente arredondada apesar da presen a de maior quantidade de part culas partidas n o teve grande repercuss o na trabalhabilidade Conforme esperado ocorreu uma redu o na massa vol mica fresca dos bet es quando se procedeu a substitui o de agregados de massa vol mica normal por agregados leves
90. biente a redu o de condutibilidade t rmica nos bet es leves foi em m dia cerca de 50 A introdu o de areia leve nos BEAL permite atingir n veis de condutibilidade t rmica de apenas cerca de 25 face aos BAN o que se traduz num incremento importante da resist ncia t rmica das solu es estruturais com este tipo de bet o Em face dos resultados obtidos e da sua reduzida efici ncia estrutural os bet es com areias leves apenas se justificam em solu es onde as exig ncias de massa vol mica e ou isolamento t rmico s o determinantes e a resist ncia menos relevante Conforme seria de esperar verifica se ainda uma redu o natural do coeficiente de condutibilidade termica A com o aumento do teor de humidade dos bet es constatando se varia es m dias de cerca de 4 a 5 noApor cada grau de humidade Finalmente os valores obtidos para a condutibilidade t rmica corroboram em geral os resultados obtidos por outros autores seguindo o mesmo tipo de evolu o exponencial em fun o da massa vol mica Ainda assim verifica se que o m todo de caracteriza o experimental da condutividade t rmica utilizado no presente trabalho tende a conduzir a valores ligeiramente superiores para uma dada massa vol mica admitindo se que os resultados obtidos sejam uma medida conservativa da real capacidade de isolamento destes bet es Das simula es energ ticas em EnergyPlus realizadas numa frac o aut noma de um edif cio
91. capacidade de absor o entre 5 e 25 Holm 1994 A taxa de absor o de gua dos agregados depende das caracter sticas da sua porosidade nomeadamente a geometria a dimens o a distribui o e a interconectividade com o exterior e da densidade da pel cula exterior que envolve a part cula Holm 1994 Esta taxa tamb m influenciada pela qualidade e pelo volume da pasta de cimento e a sequ ncia de mistura do bet o Punkkin e Gjorv 1993 2 1 5 Principais propriedades dos betoes estruturais produzidos com agregados leves 2 1 5 1 Caracteristicas gerais Os bet es estruturais com agregados leves possuem algumas propriedades que os diferenciam dos bet es convencionais de agregados normais como o caso da massa volumica as caracter sticas de isolamento t rmico e o transporte de gua entre o agregado e a pasta ciment cia Estas propriedades afetam outros aspetos relacionados com as caracter sticas do bet o fresco e endurecido EuroLightConR2 1998 Uma caracter stica muito importante dos bet es com agregados leves a sua melhor capacidade de flutuabilidade A redu o usual entre 20 a 30 na massa vol mica dos bet es leves comparativamente aos bet es convencionais transforma se em aproximadamente 43 a 51 quando estes sao submersos As empresas petrol feras tem mostrando interesse na investiga o e utiliza o destes materiais em plataformas offshore visto que o bet o estrutural com agregados leves
92. car at se atingir massa constante e Imerge se a amostra no picnometro com gua e elimina se o ar oclu do e Faz se transbordar o picnometro por adi o de gua e coloca se a tampa sem deixar ar dentro do mesmo e Seca se o picn metro por fora regista se a massa do conjunto picn metro provete de ensaio e gua como M2 e Espalha se o provete molhado numa camada uniforme sobre a base de um tabuleiro exp e se O agregado a uma corrente de ar morno de modo a evaporar a humidade superficial remexe se o provete em intervalos frequentes de modo a assegurar uma secagem homog nea at que n o seja vis vel humidade superficial e as part culas do agregado n o adiram umas as outras deixa se arrefecer o provete e Pesa se o provete saturado com a superf cie seca e regista se o valor como M1 e Seca se o provete de ensaio em estufa a 105 110 C at massa constante e Pesa se o provete de ensaio seco e regista se o valor como Ma 3 3 1 2 3 Procedimento de ensaio para agregados grossos De acordo com a norma EN 1097 6 a prepara o do provete passa por recolher uma amostra com cerca de 1 kg de massa de acordo com o Quadro 3 1 constitu da por part culas que se encontrem no intervalo entre Dmax e 4 mm A norma sugere o seguinte procedimento 39 e Comega se por lavar a amostra de modo a retirar part culas e poeiras indesej veis e coloca se a amostra num picnometro de seguida enche se o picnometro com gua de form
93. cas de aquecimento e arrefecimento nas cidades europeias de Berlim Sofia Copenhaga e Londres 84 st lt CEP PP PIPA dl EEE d AAA pe PIPIIIIDIAPIAA ARSS a D Ea D l J 00 an faa CO 48 3 YY aa 92 ea 92 aa Y Db ig m BON O o QN P UI E 2 ZEEE o r o g Ss o o s o to t r a Y UN f A N e N l IRA a s ALLELE z E PARRARI SIGLA z a DA a a co 668686 8 8 3838388 3888888 oooo0oo 3388888 33888 232838888 eouS HES W YM gt o ua wn nby W YM gt OJUsWIDENbY LU UMM OJUsUIDENbY WW YM gt o uawn nby 9p apepissadan 9P apepissodoN 9P IPPPISSIDIN 9P IPPPISSIIIN 4 um ma o CACA EEE gt Aa gt co co an co a N y AN WH N aa co co O O O 23 28 28 CM E 3 3 3 8 MLL m amp o TR O EEE zZ o ES o lt o as Z o 5 U a 5 3 aa sD m gt g Sc ODIA Aa gt co t aa 5 co cn 5 o en 358828888 Ss 8 8 8 S86 8 8 5882388 SSARADAS nh A SY S SH A 35 Bm mM W YM gt o ua wn nby W YM gt OJUsUIDENbY W YM gt OJUSUIDENbY W UM gt ojua mu Inanby 9P IPPPISSIIIN 9P APPPISSIDIN 9p IPPPISSIDIN 9p IPPPISSIIIN 4 Seco E Saturado 85 7 Seco Berlim no periodo anual c Sofia no periodo de Inverno d Sofia no periodo anual e E Saturado Figura 4 22 Necessidades nominais
94. cas de isolamento t rmico contribuindo desta forma para uma edifica o sustent vel Em geral a condutibilidade t rmica aumenta com a massa vol mica teor de humidade e temperatura Newman 2003 FIP 1983 No Reino Unido admitido que existe uma rela o emp rica entre a condutibilidade e a massa vol mica para um dado teor de humidade e de classe de material Para bet es leves ou com massa vol mica normal os valores da condutibilidade s o dados para massas vol micas de bet o entre 400 e2400 kg m e teores de humidade de 3 ambiente protegido e 5 ambiente exposto Estas rela es s o apresentadas na Figura 5 e est o de acordo com a curva de ajuste expressa por 2 2 K c2 2 2 Em que K a condutibilidade t rmica c um constante e a massa vol mica seca A constante c pode tomar os seguintes valores Teor de humidade 3 c 0 085 Teor de humidade 5 c 0 093 0 6 0 5 Thermal conductivity et J m c by vol WimdegK o s 0 o ea e y a e o _ ______ 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Air dry density kg m3 Figura 2 5 Curva de rela o entre condutibilidade t rmica e a massa vol mica Clarke 1993 18 2 2 COMPORTAMENTO T RMICO DOS EDIF CIOS Um edif cio considerado um sistema que interage com o exterior sob a forma de transfer ncia de calor Existem m ltiplos factores
95. ciais as perdas e ganhos de calor o consumo de energia e os n veis de ilumina o Para al m das fun es descritas anteriormente o EnergyPlus capaz de simular o funcionamento de diferentes sistemas de climatiza o Energy Plus Manual 2004 O programa foi criado pelo US Department of Energy Departamento de Energia dos Estados Unidos da Am rica na linguagem Fortran 90 e desenvolvido a partir dos programas BLAST e DOE 2 As principais vantagens do programa s o capacidade de estabelecer links com outros programas de simula o fazer simula es em intervalos de tempo definidos pelo utilizador e apresentar resultados com uma frequ ncia de uma hora ou de 15 minutos O programa tem uma interface simples e de f cil utiliza o O uso do programa EnergyPlus em edif cios e a sua compara o com resultados experimentais tem vindo a mostrar a adequa o do seu algoritmo realidade observada 2 3 COMPORTAMENTO T RMICO DE EDIF CIOS COM SOLU ES EM BET O LEVE 2 3 1 Considera es gerais O conhecimento das propriedades t rmicas dos materiais essencial para a engenharia civil e para a escolha criteriosa dos materiais para fun es espec ficas A crescente tend ncia do sector da constru o reduzir o custo de produ o e instala o e ao mesmo tempo satisfazer maiores padr es de exig ncia funcional nomeadamente ao n vel do isolamento t rmico e ac stico Assim necess rio procurar novas solu es alt
96. cidade de isolamento t rmico Tendo em considera o solu es construtivas correntes de adequado desempenho por exemplo uma parede dupla de alvenaria composta por dois panos de tijolo 0 11 m e 0 15 m e uma placa de poliestireno extrudido XPS de 40 mm de espessura com Uguyia 0 51 W m C apresenta uma capacidade de isolamento equivalente de uma parede de BEAL com 1 2 m de espessura ou uma parede normal com 3 m de espessura ITE50 2006 32 3 CAMPANHA EXPERIMENTAL 3 1 INTRODU O Neste cap tulo procura se apresentar as diferentes fases da campanha experimental que incluem as etapas de formula o produ o e realiza o dos ensaios realizados aos agregados e aos bet es produzidos Deste modo para al m da refer ncia s normas utilizadas realizada uma descri o sucinta dos v rios procedimentos experimentais Apresentar se o ainda os resultados obtidos nos v rios ensaios de caracteriza o realizados durante a campanha experimental Em rela o aos constituintes do bet o foram apenas caracterizados os agregados utilizados As caracter sticas do cimento foram definidas tendo em considera o os dados do fornecedor Houve a preocupa o de adotar o cimento proveniente do mesmo lote de fabrico para todas as misturas Esta campanha experimental pretende avaliar o desempenho t rmico e mec nico de bet es estruturais de agregados leves com diferentes composi es Para tal foram analisados os 4 tipos
97. cimento W Narrei Necessidade energ tica de arrefecimento W Nic Necessidades globais de energia prim ria W Q Fluxo de calor transferido entre o ambiente interior e exterior Wh XV Qcond Qaint Qradsol Rph T TH U UA Wabs 24 A V p Pa Pa Prd Pssd Pw O Of c Fluxo de calor por condu o Wh Ganhos internos Wh Ganhos t rmicos devido radia o solar Wh Num ro de renova o de ar por hora Temperatura C Teor de humidade Coeficiente de transmiss o de calor W m C Perdas instant neas por unidade de diferen a de temperatura W C Absor o de gua ap s imers o em gua durante 24 h Y Coeficiente de emissividade Coeficiente de condutibilidade t rmica W m C Coeficiente de Poisson Massa volumica kg m Massa vol mica do agregado seco kg m Massa vol mica do material imperme vel das part culas kg m Massa vol mica das part culas secas em estufa kg m Massa vol mica das part culas saturadas com superf cie seca kg m Massa vol mica da gua kg m Constante de Stefan Boltzmann W m K Tens o m dia de resist ncia compress o MPa Massa espec fica do cimento kg m XVI 1 INTRODU O 1 1 CONSIDERA ES INICIAIS Uma das principais preocupa es actualmente no sector da constru o est relacionada com a redu o dos consumos de energia Os edif cios s o importa
98. com as solu es estruturais de pilares e vigas constitu das com os diferentes tipos de bet o ensaiados experimentalmente verificou se que na esta o de aquecimento a substitui o do bet o normal por bet o leve nos elementos estruturais mostrou ser favor vel em todas as localidades As necessidades energ ticas de aquecimento Inverno apresentam menores necessidades energ ticas nos bet es leves em rela o aos bet es normais de composi o semelhante As maiores poupan as energ ticas com a utiliza o do bet o leve foram verificadas na localidade de Copenhaga por ter um Inverno mais rigoroso comparativamente com as restantes localidades Na esta o de arrefecimento observaram se em geral menores necessidades energ ticas nos bet es leves em rela o aos bet es normais de composi o semelhante com excep o de Copenhaga e Londres Este facto pode ser explicado pelas menores temperaturas m dias di rias exteriores nestas duas localidades face s restantes localidades existindo em m dia mais perdas de calor pelos elementos da envolvente durante o Ver o Ao se colocar um bet o leve com caracter sticas mais isolantes estar se o a limitar essas perdas de calor e desde modo a aumentar as necessidades energ ticas de arrefecimento em compara o com os casos com bet o normal Refira se no entanto que a n vel anual analisando a esta o de aquecimento e arrefecimento em conjunto mesmo nos casos de Copenhaga e
99. considera o os valores apresentados nos Quadros 3 10 e 3 11 verifica se que a substitui o de agregados grossos de massa vol mica normal por agregados leves conduz a redu es m dias na resist ncia compress o de 25 36 e 34 respectivamente para os bet es com rela o a c de 0 60 0 45 e 0 35 Tal como esperado constata se assim que a percentagem da redu o de resist ncia dos BEAL face aos BAN tende a aumentar com a redu o da rela o a c dado que o agregado assume maior influ ncia para n veis de resist ncia superior A substitui o adicional de parte da areia natural por areia leve conduziu a uma redu o acrescida de 30 na resist ncia compress o visto que se aumentou o n vel de porosidade na matriz circundante que envolve os agregados grossos Esta redu o na resist ncia enquadra se no intervalo observado 98 por Faust 2000 que reporta 20 a 30 de diminui o em bet es com areias leves de composi o semelhante adoptada no presente estudo Confirma se que a utiliza o de agregados leves implica uma redu o da resist ncia sendo mais importante nos agregados de menor massa vol mica Observa se ainda que os bet es com agregados leves tendem a evoluirem menos na resist ncia dos 7 para os 28 dias de idade Tal seria esperado dado que em idades superiores a resist ncia nos BEAL tende a ser limitada pela capacidade do agregado O mesmo observado por outros autores FIP 1983 Fa
100. das de calor por infiltra o devido a ventila o J Zone Infiltration Sensible Heat Loss Energy 4 2 9 Weather File O ficheiro clim tico introduzido no EP Launch no momento da simula o no formato EPW EnergyPlus Weatherfiles e est dispon vel no s tio da Internet Weather Files do EnergyPlus Os ficheiros clim ticos apresentam entre outros os valores hor rios dos seguintes par metros e coordenadas geogr ficas latitude e longitude e altitude e temperatura ambiente exterior e humidade relativa e radia o total que incide num plano horizontal superf cie do terreno e dire o e velocidade do vento 4 3 APRESENTA O E DISCUSS O DE RESULTADOS Neste subcap tulo sera analisado o caso de estudo no que diz respeito ao consumo energ tico e as trocas de calor pela envolvente exterior Ser realizada uma compara o de resultados para os diferentes tipos de bet o normais e leves e diferentes localidades 4 3 1 An lise do consumo energ tico A an lise do consumo energ tico tem o objetivo de comparar os resultados e verificar quais s o os tipos de bet o que apresentam melhor comportamento t rmico O comportamento t rmico de um edif cio depende de v rios factores principalmente das condi es clim ticas da localidade e das propriedades t rmicas dos elementos da envolvente Ser o analisados os consumos energ ticos para os diferentes tipos de bet o normais e leves ensaiados no Cap
101. das part culas Dependendo da fonte e do metodo de produ o os agregados leves podem apresentar diferen as consider veis na dimens o e textura das part culas Em termo de formas estes podem variar de aproximadamente esf rica e regular a angular e irregular Em rela o textura a superf cie das part culas pode variar desde macroscopicamente lisa a rugosa e irregular Os agregados de argila expandida produzidos em forno rotativo conforme os utilizados no presente trabalho apresentam formas aproximadamente esf rica e superf cie macroscopicamente lisa embora suficientemente rugosa para garantir uma boa ader ncia agregado ligante Os tamanhos forma podem ser c bica redonda angular ou irregular As texturas podem ser poros finos relativamente pele lisa ou superf cie altamente irregular com grandes poros expostos De acordo com o CEB FIB 1977 a forma e a textura da superf cie influenciam indiretamente a resist ncia do bet o pois afetam a quantidade de gua necess ria para produzir um bet o com trabalhabilidade adequada Segundo ACI 213R 87 Structural Lightweight Aggregate Concrete a forma e a textura dos agregados influenciam os principais factores relacionados com a formula o do bet o desde a trabalhabilidade a rela o entre agregado fino e grosso teor de cimento a exig ncia de gua bem como outras propriedades f sicas Holm e Bremner 2000 2 1 4 5 M dulo de Elasticidade A rigidez do agregado
102. de Ver o f Cidade do Cabo no per odo anual g Camberra no Hong Kong no per odo anual e para as cidades do hemisf rio Sul c S o Paulo no per o per odo de Ver o h Camberra no per odo anual 89 Analisando Hong Kong e as localidades no hemisf rio Sul verifica se que as necessidades energ ticas de aquecimento no per odo de Inverno utilizando o coeficiente de condutibilidade t rmica do bet o em estado seco apresentam valores entre 0 09 kWh m para todos os tipos de bet o normal e entre 0 06 e 0 09 kWh m consoante o tipo de bet o leve para a cidade de S o Paulo entre 0 79 e 0 80 kWh m consoante o tipo de bet o normal e entre 0 62 e 0 75 kWh m consoante o tipo de bet o leve para Hong Kong e entre 2 72 e 2 77 kWh m consoante o tipo de bet o normal e entre 2 08 e 2 57 kWh m consoante o tipo de bet o leve para a Cidade do Cabo consoante o tipo de bet o que representa em m dia cerca de 1 11 e 38 das necessidades energ ticas de aquecimento de Lisboa respetivamente A cidade de S o Paulo apresenta as menores necessidades energ ticas de aquecimento porque se localiza na zona tropical onde o Inverno menos rigoroso comparativamente com as restantes localidades A cidade de Camberra na Austr lia apresenta um comportamento diferente em relac o as outras localidades do hemisf rio Sul As necessidades energ ticas de aquecimento no per odo de Inverno apresentam valores entre 20 35 e 20 56 kWh m consoante o tipo
103. de bet o normal e entre 17 58 e 19 62 kWh m consoante o tipo de bet o leve o que representa em m dia cerca de 2 9 vezes as necessidades energ ticas de aquecimento de Lisboa Tal situa o justificada devido s diferentes condi es clim ticas sendo uma cidade com Inverno mais rigoroso por se localizar numa zona subtropical Sul e mais afastada da zona tropical As temperaturas m dias di rias de Camberra no Inverno encontra se em torno dos 11 C caindo para temperaturas negativas durante a noite Bureau of Meteorology 2013 Relativamente as necessidades energ ticas de arrefecimento no per odo de Ver o utilizando o coeficiente de condutibilidade t rmica do bet o em estado seco os valores situam se entre 22 50 e 22 60 kWh m consoante o tipo de bet o normal e entre 21 14 e 22 10 kWh m consoante o tipo de bet o leve para a cidade de Sao Paulo e entre 68 74 e 69 07 kWh m consoante o tipo de bet o normal e entre 64 48 e 67 48 kWh m consoante o tipo de bet o leve para Hong Kong o que representa em m dia cerca de 1 1 a 3 4 vezes as necessidades energ ticas de arrefecimento de Lisboa respetivamente As necessidades energ ticas de arrefecimento para Cidade do Cabo e Camberra representam em m dia cerca de 68 e 58 das necessidades de Lisboa respetivamente 4 4 2 An lise das trocas de calor Neste subcap tulo ser o analisados as trocas de calor da frac o aut noma com a utiliza o de bet es leves e convencionais d
104. de calor na esta o de aquecimento de Sao Paulo a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do bet o BL 4 Analisando as Figuras 4 29 e 4 30 constata se que Hong Kong e S o Paulo tamb m apresentam um peso percentual de perda de calor atrav s da renova o de ar superior a 50 Em rela o as perdas de calor atrav s dos v os envidra ados verificou se um acr scimo em termos percentuais em S o Paulo e Hong Kong comparativamente com Lisboa para o mesmo tipo de bet o Pela an lise de compara o entre os bet es normais e leves de composi o semelhante todas as localidades apresentam uma redu o da perda de calor da envolvente opaca quase exclusivamente atrav s dos elementos estruturais da envolvente pilares e vigas ao utilizar o bet o leve As localidades de Hong Kong e S o Paulo apresentam uma redu o de 3 e 16 no valor da perda de calor atrav s dos elementos estruturais que representam uma poupan a de cerca de 10 kWh e 62 kWh ao utilizar o bet o leve respectivamente 95 A cidade de S o Paulo a nica localidade que apresenta um ganho de calor residual de cerca de 1 atrav s da renova o de ar Figura 4 30 b d f devido o seu Inverno ser menos rigoroso comparativamente com as restantes localidades De acordo com o Instituto Nacional de Metereologia
105. de composi o semelhante o que representa um aumento de consumo energ tico entre 0 4 e 3 2 para Copenhaga e 0 7 e 1 1 para Londres consoante o tipo de bet o Este facto pode ser explicado pelas menores temperaturas m dia di ria exterior destas duas localidades face s restantes localidades logo existem em m dia mais perdas de calor pelos elementos da envolvente durante o Ver o Ao se colocar um bet o leve mais isolante estar se a a limitar essas perdas de calor e desde modo a aumentar as necessidades energ ticas de arrefecimento em compara o com os casos com bet o normal No entanto a n vel anual analisando juntamente a esta o de aquecimento e arrefecimento verifica se que o bet o leve conduz assim um melhor desempenho t rmico do que os bet es normais Nas figuras 4 24 e 4 25 apresentam se respectivamente as necessidades energ ticas de aquecimento e arrefecimento de Hong Kong e das cidades do hemisf rio Sul S o Paulo Cidade do Cabo e Camberra 87 CH CMLL YW WHEEL MLE MMMM BN1 BN2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 W YM gt OJUSUIDENbY 9p apepissadan A BN1 BN2 BN3 BL1 BL2 BL3 BL4 1 00 0 80 0 60 0 40 0 20 0 00 7W UM gt o uawna nby ap IPPpISSIIAN Seco E Saturado Seco E Saturado a WLLL LN O LN a a O O O O z E O W YM gt ou wn nby ap IPPISSIIIN 0 6 O O BN 1 BN 2 BN3 BL1 BL
106. de energia til para aquecimento para as cidades europeias a Berlim no b per odo de Inverno Copenhaga no per odo de Inverno f Copenhaga no per odo anual g Londres no per odo de Inverno h Londres no per odo anual AAA z ia 5 z m E O m m co D co A pirar N N N J l co co D co QU QU e a mm E E o _ EE 2 patie O 6 T m O o D fo p E ie Y N n q 3 Mz Yi gt N a E Uy a p gt MMS WWW A Z co zZ Z co co aa O O O O O O O O O O O Oo LN Oo LN Oo N O N O N OO N O N O N O O aS SS nt tT HM m 2 SS oo nD DD SO OW A A A a N NM NN Mm 4 t FT FT FT FT W UM gt oJUa uv 193491 zUU UMM 01Ua uv 1934911 zUU UMM oJuauIdaJaJy W YM gt oquauInanby ap 9pepissodoN ap apepissa29N ap apepissadan ap apepissodou lt lt mm lt co a o co ue FEET mn l co a o co N WHT N N co 6 ca o r a co o Z o A A q A Y CO Y Y co Si Em X rca Si co m mM m 5 8 F Ss Ss 3 5 e E qa Cnn No a N z 2 zZz z co amp Zz e amp r co amp co E A gt Oo Yl nm a zZ zZ aa aa co O O O O O O O O O O O LA Ww Oo LA Nh O N O N O LA O LA O LA E A NN 330 ts o TAM 2 O 0 0 O WO WO lt m al al al N N N N N N lt lt lt lt lt W UM gt 0JUau 193 91 zLU UMA 01Ua 1931911 Y zUU UMA 01Ua 1931911 Y 9p SpepissodaN o
107. de pedreiro de seguida elimina se o excesso de bet o da placa e Remove se cuidadosamente o molde levantando se na vertical a opera o de desmoldagem dever ser executada atrav s de um deslocamento nico e firme sem transmiss o de qualquer movimento lateral ou torsional e Por fim regista se o abaixamento com aux lio de uma r gua 48 Figura 3 6 Equipamento para o ensaio de abaixamento 3 6 1 3 Resultados do ensaio O abaixamento do cone de Abrams dado pela diferen a entre a altura do cone e o ponto mais alto do provete que sofreu a deforma o medido em duas direc es O ensaio considerado v lido quando se obt m um abaixamento verdadeiro ou seja o bet o coeso e sim trico Figura 3 7 a Abaixamento verdadeiro b Abaixamento deformado Figura 3 7 Tipos de abaixamento 3 6 2 Massa volumica 3 6 2 1 Objectivo e norma do ensaio Foi adoptado o procedimento de ensaio especificado na norma NP EN 12350 6 2002 Ensaio do bet o fresco Parte 6 Massa vol mica O objectivo principal deste ensaio determinar a massa vol mica do bet o no estado fresco e ainda permitir aferir eventuais desvios face composi o te rica prevista para o bet o 3 6 2 2 Procedimento de ensaio Foi adoptado o seguinte procedimento e Come a por pesar se o recipiente vazio e registar a sua massa e Deseguida enche se o recipiente com a amostra recolhida em duas camadas ap s preencher cada camada compact
108. e Art Report on High Strenght High Durability Structural Low Density Concrete for Applications in Severe Marine Enviroments Thomas A Holm and Theodore W Bremner August 2000 Tikalsky P J J Pospisil e W A Mac Donald A method ofr assessment of the freeze thaw resistance of preformed foam cellular concrete Cem Concrete Research 34 2004 pp 889 893 112 Viera M G 2000 Bet es de elevado desempenho com agregados leves Durabilidade e microestrutura Tese de Mestrado Instituto Superior T cnico Universidade T cnica de Lisboa Portugal Virlogeux M G n ralit s sur les caracteres des b tons l gers In Granulats et betons legers Bilan de dix ans de recherches by M Arnould et M Virlogeux pp 111 246 Presses de l cole nationale des ponts et chauss es 1986 France Zhang M H And Gj rv O E Characteristics of lightweight Aggregate for High Strength Concrete ACI Material Journal Mar Apr 1991 Berkeley p 150 158 Zhang N H and Gj rv O E Development of High Strength Lightweight Concrete High Strength Concrete Second International Sympsium Berkeley 1990 p 667 681 113 114 ANEXO A ANAL SE GRANULOMETRICA Areia Leve Material passado atrav s do peneiro Material AREIA LEVE Massa da amostra 9 1028 4 Res duo Peneiro Res duo Retido acumulado mm Passado Retido TU 000 10000 000 10000 i 0 01 Modulo de Finura
109. e composi o semelhante Ser o analisadas as trocas de calor quer no per odo de Inverno aquecimento quer no per odo de Ver o arrefecimento para a frac o em estudo localizada em cinco localidades e logo condi es clim ticas diferentes Lisboa S o Paulo Hong Kong Copenhaga e Londres Por simplifica o ser o analisados para cada localidade 3 tipos de bet o BN 1 BL 1 e BL 4 utilizando o coeficiente de condutibilidade t rmica em estado seco As trocas de calor do apartamento est o divididas nas seguintes parcelas ganhos internos ganhos de calor atrav s dos elementos estruturais de bet o da envolvente da frac o aut noma pilares e vigas e das restantes partes opacas da envolvente exterior ganhos de calor por renova o de ar ganhos 90 solares e por transmiss o pelos v os envidra ados perdas de calor pelos v os envidra ados perdas de calor atrav s dos elementos estruturais de bet o da envolvente da frac o aut noma pilares e vigas e das restantes partes opacas da envolvente exterior na esta o de Inverno perdas de calor por renova o do ar Na Figura 4 26 apresenta se o peso percentual na esta o de aquecimento das diferentes parcelas de perdas e ganhos de calor na esta o de Inverno para a localidade de Lisboa O 227 Envidra ados Pilares Vigas V Restantes zonas Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas z opacas Renova o de ar p
110. edif cios publicada em 2006 RCTTE 2006 Em 2006 surgem assim o Decreto Lei n 80 2006 de 4 de Abril e o Decreto Lei n 79 2006 de 4 de Abril que aprovam o Regulamento das Caracter sticas de Comportamento T rmico dos Edif cios RCCTE 2006 e o Regulamento dos Sistemas Energ ticos de Climatiza o em Edif cios RSECE 2006 Relativamente a vers o de 1990 o RCCTE 2006 considera de sistemas de climatiza o impondo limites aos consumos destes equipamentos e a obrigatoriedade por parte dos projetistas de considerarem sistemas construtivos que permitam assegurar as taxas de renova o de ar adequadas n mero de renova o de ar m nimos de 0 6 por hora Outras mudan as foram o aumento dos 21 requisitos e novos dados clim ticos nomeadamente os graus dia de aquecimento que em vez de considerar uma temperatura de base de 18 C da vers o antiga passou a adoptar uma temperatura base de 20 C O RCCTE 2006 tamb m introduziu o c lculo de dois novos par metros a necessidade de energia para a prepara o de guas Quentes Sanit rias Nac e Necessidades Globais de Energia Prim ria Nic O ltimo c lculo faz a convers o da energia necess ria em unidades equivalentes de petr leo que constitui uma medida do impacto ambiental das diferentes solu es Roussado 2008 O actual regulamento foi publicado em 2013 REH 2013 com o objetivo de implementar e refor ar as boas pr ticas na constru o civil com u
111. elevado volume de absor o Neville 1995 Spratt1980 A resist ncia compress o pode variar entre 1 5 e 14 MPa dependendo da massa vol mica do bet o As suas principais aplica es s o para fins de enchimento e paredes autoportantes 2 1 2 Normaliza o A principal caracter stica dos bet es leves a sua baixa massa volumica Na maior parte dos documentos normativos esta propriedade e ou da resist ncia compress o s o os principais requisitos para a sua classifica o De acordo com as propriedades pretendidas para o bet o leve este poder ter finalidades diferentes com fun o estrutural de isolamento t rmico ou de enchimento Cembureau 1974 classifica o bet o leve de acordo com a sua fun o em tr s classes e Bet o para isolamento t rmico caracterizado por ter uma massa vol mica reduzida e Bet o leve com resist ncia e massa vol mica compat vel com a sua aplica o em elementos estruturais e Bet o leve de propriedades interm dias com resist ncias moderadas adequado para solu es n o estruturais De acordo com o CEB FIP 1977 o bet o leve estrutural caracterizado por ter massas vol micas secas entre 1600 e 2000 kg m e resist ncias superiores a 15 MPa sendo o bet o leve dividido em tr s classes No documento FIB 1983 o bet o leve igualmente dividido em tr s classes o primeiro grupo com resist ncia entre 20 e 40 MPa e massa vol mica entre 1600 e 1750 kg m desti
112. endo a energia radiada Q em W diretamente proporcional rea do corpo exposta A em m e quarta pot ncia da sua temperatura absoluta T em K A constante de proporcionalidade designada 22 por constante de Stefan Boltzman e toma o valor o 5 73 x 10 W m2K Para os materiais correntes esta equa o afetada por um coeficiente de emissividadee 0 lt e lt 1 que mede a efici ncia com que uma superf cie emite radia o t rmica Q e0AT W 2 7 Quando a radia o incide sobre um corpo subdivide se em tr s parcelas energia absorvida transmitida e refletida A energia absorvida respons vel pelo aumento da temperatura do corpo A radia o incidente pode ser originada pelo sol radia o solar onda curta ou causado por outro corpo onda longa Os fen menos de radia o com pequeno comprimento de onda com interesse em edif cios est o associados radia o solar que atravessa o espa o e incide nos edif cios quer do lado exterior em paredes e coberturas quer do lado interior a partir dos envidra ados Esta radia o transformada em energia t rmica ap s ser absorvida pelas superf cies Estas superf cies em fun o do seu n vel de temperatura trocam radia o de comprimento de onda longa com as superf cies e objetos que se encontram no seu campo visual com diferentes temperaturas Mimoso 1987 O fluxo de calor por radia o de onda longa pode ser determinado pela seguinte
113. entivando se de forma proporcional a utiliza o de janelas de baixa permeabilidade ao ar e de caixas de estore bem vedadas Com esta nova abordagem s o identificados os principais par metros da ventila o por exemplo a dimens o das aberturas de ventila o A estimativa dos caudais de ventila o natural e das infiltra es de ar complexa e governada por fen menos que s o regidos por equa es n o lineares o que dificulta a simplifica o e a apresenta o de valores em tabelas para as m ltiplas solu es dispon veis Existe margem para melhorar a estimativa de Rph nomeadamente para ser considerada uma gama de velocidades do vento para valorizar melhor os sistemas com caudais de ar mais independentes da velocidade do vento Esta avalia o atualmente pode ser realizada de forma complementar na ferramenta de c lculo da ventila o 28 2 2 6 Programas de simula o energ tica O EnergyPlus tal como outros programas nomeadamente o ESP r o DOE e o TRNSYS um programa de simula o din mica do desempenho t rmico de edif cios que permite calcular a carga t rmica de um edif cio tendo como base nas especifica es definidas pelo utilizador permitindo obter a quantidade de energia necess ria para que a temperatura ambiente interior se mantenha pr xima das temperaturas de conforto pr estabelecidos De um modo geral o EnergyPlus permite estimar entre outros as temperaturas interiores ambiente e superfi
114. ento de ensaio Este ensaio foi realizado em 2 provetes cil ndricos por composi o com um di metro de 150 mm e 300 mm de altura Os provetes foram ensaiados ap s 28 dias de cura h mida Apenas os bet es com rela o a c 0 45 foram ensaiados Na determina o do m dulo de elasticidade foi adoptado o seguinte procedimento de acordo com a norma LNEC E397 e Remove se o excesso de humidade e ou sujidade do provete e Aplicam se 2 extens metros diametralmente opostos no provete e Limpa se cuidadosamente todas as superf cies da maquina de ensaio e Posiciona se o provete de modo a que a aplica o da carga seja a mais centrada poss vel com aux lio de uma r tula met lica que apenas permite a passagem de esfor o axial e De modo a verificar o correto posicionamento do provete a varia o de extens o nos dois extens metros extt Eext2 ap s um ciclo de carga n o deve diferir mais do que 10 e Aplica se um ciclo de carga no provete fazendo variar a tens o entre 0 5 a 1 0 MPa 6 0 5 a 1 0 MPa e 1 3 da tens o m dia de resist ncia compress o o fc 3 e Registam se as extens es iniciais e finais obtidas assim como as tens es aplicadas 94 e Ap s cada ciclo verifica se a diferen a entre a m dia das varia es de extens o do presente ciclo e do ciclo anterior lei i 1 sendo que esta deve ser inferior a 10 caso o valor seja superior o ciclo de carga deve ser repetido e Efetuam se
115. equa o 2 8 Q hr A O Oe W 2 8 O fen meno de radia o solar ser descrito com maior detalhe no sub cap tulo 2 2 3 2 2 2 Coeficiente de transmiss o t rmica A contabiliza o dos diversos fen menos de transmiss o de calor pode ser efetuado da seguinte forma Q UA O Oe W 2 9 Em que Q Fluxo de calor transferido entre o ambiente interior e exterior W S rea da superf cie m U Coeficiente de transmiss o de calor do elemento da envolvente W m2 C O e O Temperaturas do ar interior e exterior C Em regime permanente o fluxo de calor que atravessa o elemento da envolvente constante princ pio da conserva o da energia sendo poss vel estabelecer as seguintes igualdades Q UA O o Oe h A O Osi E a A Osi a Ose E heA Ose De W 2 10 Onde h Condut ncia t rmica superficial interior W m C h Condut ncia t rmica superficial exterior W m2 C 23 O coeficiente de transmiss o t rmica U a quantidade de calor por unidade de tempo que atravessa uma superf cie de rea unit ria de um elemento da envolvente por unidade de diferen a de temperatura entre os ambientes interior e exterior REH 2013 A partir da express o 2 10 poss vel determinar o valor do coeficiente de transmiss o t rmica ou do seu inverso a resist ncia t rmica 1 20 m C W Rec Ra 2 11 Em que Ry ho Resist ncia t
116. ernativas que sejam potencialmente mais atrativas Arsenovic Lalic e Radojevic 2010 A aplica o de bet o leve BEAL em edif cios permite obter solu es mais leves e esbeltas tornando energeticamente mais eficientes A aplica o deste tipo de bet o permite reduzir a dimens o ou a carga sobre as funda es e a obt m de solu es construtivas mais esbeltas Apesar do bet o leve ter maiores custos energ ticos na fabrica o de agregados artificiais e de poder ter maiores exig ncias de volume de ligante pode contribuir para o desenvolvimento sustent vel Os edif cios com solu es em bet o leve apresentam v rias vantagens Destas destacam se as principais FIP 1983 Holm e Bremner 2000 29 e Maior resist ncia a o s smica por diminui o da massa e aumento de dissipa o de energia menor rigidez e maior capacidade de deforma o dos BEAL logo maior amortecimento das a es din micas ou vibra es e Maior capacidade de isolamento t rmico e menor suscetibilidade fendilha o por restri o de deforma es t rmicas ou diferenciais e Maior resist ncia a o do fogo e Menor susceptibilidade a assentamentos diferenciais devido ao menor m dulo de elasticidade e Melhoria das caracter sticas de isolamento t rmico dos edif cios Consoante a finalidade e as propriedades pretendidas para os bet es de agregados leves a sua fun o principal pode ser estrutural de isolamento t rmico
117. erno b Lisboa no per odo anual c Faro no per odo de Inverno d Faro no per odo anual e Porto no per odo de Inverno f Porto no per odo anual g Bragan a no per odo de Inverno h Bragan a no per odo anual eee 81 Figura 4 20 Necessidades nominais de energia til para arrefecimento de Portugal a Lisboa no per odo de Ver o b Lisboa no per odo anual c Faro no per odo de Ver o d Faro no per odo anual e Porto no per odo de Ver o f Porto no per odo anual g Bragan a no per odo de Ver o h Bragan a no per odo anual ccccseececeeeeeneeeeeeeeeeseeeseneesseeeesees 82 Figura 4 21 Percentagem de redu o das necessidades energ ticas de aquecimento entre o bet o leve e normal de composi o semelhante e entre BL 3 e BL 4 83 Figura 4 22 Percentagem de redu o das necessidades energ ticas de arrefecimento entre o bet o leve e normal de composi o semelhante er 84 Figura 4 23 Necessidades nominais de energia til para aquecimento para as cidades europeias a Berlim no per odo de Inverno b Berlim no per odo anual c Sofia no per odo de Inverno d Sofia no per odo anual e Copenhaga no per odo de Inverno f Copenhaga no per odo anual g Londres no per odo de Inverno h Londres no per odo anual 85 Figura 4 24 Necessidades nominais de energia til para arrefecimento para as cidades europeias a Berlim no per odo de Ver o b Berli
118. es bet es realiza o de uma an lise global em termos de conforto t rmico do custo benef cio da utiliza o de bet o leve estrutural em solu es de fachada tendo em considera o betoes produzidos com diferentes composi es e tipos de agregado quantifica o para diferentes condi es clim ticas das correc es necess rias a efectuar em zonas de elementos estruturais que atuam como pontes t rmicas confrontando os custos envolvidos em solu es com bet o leve estrutural ou bet o de massa normal de id ntica composi o ou da mesma classe de resist ncia defini o de sistemas construtivos optimizados que aliem as melhores solu es encontradas para os betoes leves em elementos estruturais com as melhores solu es para a utilizam de estes ou outros materiais em pain is de enchimento n o estruturais realiza o de prot tipos a escala real que permitam fazer uma caracteriza o rigorosa do desempenho energ tico das melhores solu es estruturais e n o estruturais em bet o leve realiza o de estudos comparativos que validem a utiliza o dos m todos expeditos de medi o da condutibilidade t rmica ao caso espec fico dos bet es com agregados leves estudo mais aprofundado do desempenho mec nico e de durabilidade de bet es leves produzidos com diferentes composi es de modo a aliar a produ o de bei es energicamente eficientes com bet es de suficiente durabilidade e adequado desempenho estrutural
119. et o sem ter em considera o a correc o da quantidade de gua total vari vel em fun o da absor o e do teor em gua dos agregados Quadro 3 7 Composi es dos bet es a Areia grossa substitu da por areia Leca BL 4 O c lculo do volume de bet o produzido para cada composi o apresentado no Anexo B Para os bet es com rela o a c de 0 45 foi necess rio produzir 74 litros de bet o e nos bet es com rela o a c de 0 35 e 0 60 foi necess rio produzir 62 litros de bet o A correc o da quantidade de gua de amassadura devido absor o dos agregados depende do teor em gua inicial do agregado na altura em que se procedeu amassadura O volume total de gua quantificado pela seguinte express o V gua total V1 gt Abs x M i 3 11 Onde V Volume de gua efectiva sem correc o da absor o dos agregados Abs Absor o do agregado M Massa do agregado i No Quadro 3 8 resumem se as massas dos constituintes utilizados em cada betonagem tendo em conta a correc o da quantidade de gua devido absor o dos agregados Quadro 3 8 Massa dos constituintes dos bet es por betonagem Britat 0 6 41213 17 297 32061 16 030 21 747 13223 Brita 1 32 061 16030 21 747 14912 teca 06 23 337 Leca 045 27917 40211 20 068 29 731 15609 59 5 215 La 0 35 0 35 a Areia grossa substitu
120. f Vertices Vertex 1 X coordinate m 3 00000000E 01 Vertex 1 Y coordinate m 0 Vertex 1 Z coordinate m 21 Vertex 2 X coordinate m 3 00000000E 01 Vertex 2 Y coordinate m 0 Vertex 2 Z coordinate m 0 Vertex 3 X coordinate m 3 45 Vertex 3 Y coordinate m 0 z Figura 4 13 Campos de entrada do objeto Fenestration Surface Detailed 11 2 6 Internal Gains Os ganhos internos incluem qualquer fonte de calor resultante da ocupa o humana equipamentos e dispositivos de ilumina o O nico campo preenchido Light onde se coloca a estimativa dos ganhos internos Neste estudo o valor utilizado foi de 4 W m que corresponde ao valor indicado pelo Regulamento de Desempenho Energ tico dos Edif cios de Habita o REH 2003 para edif cios residenciais Na Figura 4 14 representa se o campo dos ganhos internos CAUsersiMarkusiDesktopigeometria final idf Fs Jess Did New Obj Dup Obj Del Obj Copy Obj Class List Comments from IDF RoomAirSettings UnderFloorAirDistributionE xterior Internal Gains Explanation of Object and C Object Description see ZoneBaseboard OutdoorT emperatureControlled ZoneContaminantS ource4ndsS ink CarbonDioxide ZoneContaminantS ource ndS ink Generic Constant S Ll in the Zone or Ganhos Internos Zone or ZoneList Name Zona Schedule Name Aberto Design Level Calculation Method Watts Area Lighting Level Wi Watts per Zone Floor Area Wm2 4 Watt
121. finida sendo poss vel modificar o nome das superf cies Name de modo a serem identificadas mais facilmente no EnergyPlus A condi o de fronteira Outside Boundary Condition dos elementos construtivos ser Adiab tica Adiabatic para as lajes e para as paredes de separa o entre fogos do edif cio e entre o fogo e a caixa de escada esta condi o implica que n o haver transfer ncia de calor nestas superf cies Para as paredes exteriores da envolvente do edif cio a condi o de fronteira exterior Outdoors 19 As superf cies exteriores caracterizam como tendo exposi o solar e ao vento Sun Exposure e Wind Exposure enquanto as superf cies adiab ticas n o t m nenhum desse tipo de exposi o No Sun e No Wind Cada elemento est associado a uma zona t rmica Zone Name e um tipo de constru o Constrution Name Para al m destes par metros cada superf cie caracterizada pelas coordenadas da localiza o dos v rtices Vertex coordinate da respectiva superf cie que foi definido do Google SkecthUp Field Description ID 41 Enter a alphanumeric value 0031 Obj1 Obj2 Obj3 Obj4 Obj5 Name Parede 2 Parede 3 Parede 4 Parede 5 Surface Type Wall Wall Wall Wall Wall Construction Name Paredes Exteriores Paredes Exteriores Paredes Exteriores Paredes Exteriores Paredes Exteriores Zone Name Zona Zona Zona Zona Zona Outside Boundary Condition Outdoors Outdoors Outdoors Outdoors Outdoors Out
122. gidez dos agregados leves com valores inferiores a 15 GPa face aos 30 a 100 GPa apresentados pelos agregados de massa volumica normal Por outro lado os BEAL apresentam maiores volumes de pasta o que contribui para menores m dulos de elasticidade face aos bet es convencionais de igual resist ncia Newman 1993 O m dulo de elasticidade do bet o essencialmente controlado pela propor o e rigidez dos seus constituintes nomeadamente a pasta de cimento e os agregados Segundo C nov s 2004 a geometria e textura dos agregados s o tamb m importantes na forma como afetam a microfendilha o na zona de transi o alterando o comportamento do bet o em termos de tens o deforma o A principal consequ ncia da menor rigidez dos BEAL o aumento de deforma o nos elementos estruturais para um dado carregamento que tende ainda a ser agravada devido menor resist ncia trac o deste tipo de bet es 15 De acordo com o FIP 1983 pode considerar se que o m dulo de elasticidade nos BEAL correntes aproximadamente 50 do observado nos bet es convencional com agregados de massa vol mica normal BAN de igual resist ncia De acordo com Chi 2003 e Faust 2000b a rela o a c gua cimento e as caracter sticas dos agregados s o os dois principais factores que afetam a resist ncia compress o e o m dulo de elasticidade nos BEAL Em geral estima se o m dulo de elasticidade dos BEAL em fun o da resist
123. ias 8 provetes de idade e 3 provetes cil ndricos de 15 cm de di metro e30 cm de comprimento para ensaiar compress o diametral os 28 dias de idade e 2 provetes cil ndricos de 15 cm de di metro e30 cm de comprimento para a determina o do m dulo de elasticidade nos bet es com a c 045 e 1 provete c bico de 10 cm de aresta para a realiza o dos ensaios de condutibilidade t rmica 33 Neste cap tulo s o tamb m apresentados os c lculos referentes formula o dos diferentes bet6es Toda a campanha experimental foi realizada no Laborat rio de Constru o do Departamento de Engenharia Civil Arquitectura e Georecursos do Instituto Superior T cnico IST 3 2 PLANEAMENTO DA CAMPANHA EXPERIMENTAL A Campanha experimental foi desenvolvida em duas fases distintas 1 Fase Na primeira fase procedeu se caracteriza o dos agregados a incorporar nos bet es produzidos recorrendo se aos seguintes ensaios An lise granulom trica NP EN 933 1 e NP EN 933 2 Baridade NP EN 1097 3 Massa vol mica e absor o de gua NP EN 1097 6 Os agregados leves foram caracterizados de acordo com a EN 13015 1 Agregados leves para bet o 2 Fase A segunda fase envolveu a produ o dos provetes a serem ensaiados bem como a realiza o dos ensaios de caracteriza o do bet o no estado fresco e endurecido nomeadamente o ensaio de abaixamento EN 12350 3 massa vol mica fresca EN 12350 4 resist ncia compress o
124. ient Figura 4 15 Preenchimento do objeto Ventilation Design Flow Rate 78 Esta ventila o regulada por valores m nimos definindo o REH 2013 um valor m nimo de taxa de renova o por hora de 0 6 Rph Todas as simula es estudadas est o em conformidade com este regulamento tendo sido utilizado o valor de 1 Rph 4 2 7 HVAC Templates No grupo HVAC Template definido o funcionamento do ar condicionado atrav s do calend rio do Ar Condicionado Schedule onde foi definido o hor rio e as temperaturas de funcionamento No objeto HVAC Template Thermostat definido o termostato associado aos calend rios de arrefecimento e aquecimento Figura 4 16 E CAUsersiMarkusiDesktopigeometria final idf becas O New Obj Dup Ob Del Obi Copy Obj Class List Airflow etwork Distribution Component Coil Sarto etesork Distribution Component HeatE schanger Sarto etegork Distribution Component Terminal rit Airflow etwork Distribution Component ConstantPressureD re Airflow etwork Distribution Linkage Exterior Lights Exterior FuelE quipment Exterior ater quipment 00011 HVACT emplate Thermostat Field Mame Heating Setpoint Schedule Mame Constant Heating Setpoint Cooling Setpoint Schedule Mame Constant Cooling Setpoint Comments from IDF Explanation of Object and E Object Description cone ther
125. in rcia t rmica traduz na capacidade do elemento de armazenar calor e conserv lo por um longo per odo de tempo A in rcia t rmica est relacionada com a massa do elemento ou seja quanto maior a massa maior ser a in rcia t rmica Num edif cio em que os elementos da envolvente tenham uma elevada in rcia t rmica o fluxo de calor atravessar a envolvente num processo lento logo os ganhos e perdas ser o mais lentos Por exemplo durante um dado per odo do dia em que a temperatura exterior seja superior temperatura interior O fluxo de calor atingir o interior ao fim de algum tempo devido ao armazenamento de calor por parte da envolvente o que implicar uma subida lenta da temperatura Piedade Moret e Roriz 2003 Por outro 26 lado durante a noite os elementos da envolvente libertara o calor armazenado durante o dia o que implicar uma descida lenta da temperatura Desde modo a in rcia t rmica um factor importante para o balan o t rmico dos edif cios Outros factores que influenciam a in rcia t rmica s o a difusibilidade t rmica e o posicionamento do isolamento t rmico A difusibilidade t rmica representa a quantidade de energia transferida atrav s de um material em rela o quantidade de energia armazenada Materiais com baixa difusibilidade t rmica apresentam boa capacidade de armazenamento de energia O isolamento t rmico colocado pelo exterior para aumentar a in rcia t rmica da solu o
126. interior e da face exterior das l minas front and back side slat beam solar difuse solar beam visible and diffuse visible reflectance dist ncia entre o estore veneziano e o v o envidra ado blind to glass distance As restantes defini es s o preenchidas automaticamente pelo EnergyPlus e todos os valores que dizem respeito aos diversos espectros de radia o dispon veis na pasta Data Set do programa 4 2 4 5 Constrution Ap s a defini o dos materiais poss vel caracterizar os v rios elementos construtivos Os elementos s o compostos por camadas de materiais e ordenados do exterior para o interior do edif cio Figura 4 9 amp IDF Editor C Users Markus Desktop geometria_final idf S File Edit View Jump Window Help Die E New Obj Dup Ob Del Obj Copy Obj Class List Comments from IDF MaterialProperty MoisturePenetrationD epth Settings MaterialProperty PhaseChange MaterialProperty VariableT hermalConductivity MaterialProperty HeatndMoistureT ransfer Settings MaterialProperty Heat4ndM oistureT ransfer S orptionlsotherm oo MaterialProperty HeatAndMoistureT ransfer Suction mesmo MaterialProperty Heat ndMoistureT ransfer R edistribution sete MaterialProperty Heat ndMoistureT ransfer Diffusion toman MaterialProperty Heat ndMoisture Transfer ThermalConducti 5 ad MaterialProperty GlazingS pectralD ata Exp
127. ivamente Constata se que tanto a renova o 91 Ganhos internos Ganhos internos Restantes zonas Ganhos internos de ar como as perdas pelos v os envidra ados t m um peso preponderante nas perdas totais de calor para qualquer tipo de bet o analisados Nos ganhos de calor na esta o de aquecimento Figura 4 26 b d f observa se independentemente do tipo de bet o uma contribui o significativa dos ganhos internos e principalmente pelos v os envidra ados em todos os tipos de bet o A percentagem associada s parcelas de ganhos de calor s o semelhantes em todas as solu es Em rela o aos ganhos de calor os elementos opacos desempenham um papel claramente menor do que os envidra ados O peso significativo dos ganhos solares pelos v os envidra ados deve se transmiss o directa de radia o solar para o interior ao contr rio dos outros elementos construtivos que s o opacos Ainda em rela o aos ganhos de calor verifica se que a renova o de ar n o origina ganhos durante esta o de aquecimento j que a temperatura interior superior a exterior durante o per odo considerado para a referida esta o Nas Figuras 4 27 e 4 28 apresentam se o peso percentual na esta o de aquecimento das diferentes parcelas de perdas e ganhos de calor na esta o de Inverno para as cidades europeias Copenhaga e Londres Envidra ados Pilares Vigas Envidra ados Restantes zo
128. l de perda de calor atrav s da renova o de ar superior a 50 Tanto a renova o de ar como as perdas pelos v os envidra ados continuam a ser um peso relevante nas perdas totais de calor para todos os tipos de bet o analisados Em rela o s perdas de calor atrav s dos v os envidra ados verificou se uma redu o em termos percentuais nas localidades do hemisf rio Norte Copenhaga e Londres comparativamente com Lisboa para o mesmo tipo de bet o As cidades europeias de Copenhaga e Londres apresentam uma redu o no valor da perda de calor atrav s dos elementos estruturais da envolvente de cerca de 26 e 25 que representa uma poupan a de 478 kWh e 321 kWh ao utilizar o bet o leve respectivamente Nos ganhos de calor na esta o de aquecimento para os diferentes tipos de bet o analisados apresentam praticamente o mesmo peso percentual em todas as suas parcelas Observa se tamb m uma contribui o significativa dos v os envidra ados e principalmente pelos ganhos internos em todos os tipos de bet o Independentemente do tipo de bet o Copenhaga e Londres apresentam cerca de 93 30 e 36 de ganhos atrav s dos v os envidra ados e 70 e 64 de ganhos internos respectivamente Nas Figuras 4 29 e 4 30 apresentam se o peso percentual na esta o de aquecimento das diferentes parcelas de perdas e ganhos de calor na esta o de Inverno para as localidades de Hong Kong e S o Paulo Envidra ados
129. l passado atrav s do peneiro Material BRITA 1 Massa da amostra 9 Res duo acumulado Peneiro Residuo Retido Passad mm O Retido 76 om eo o o 10000 EE 10 os 0250 0 063 MEME o oo o o oos 99 97 o 000 003 99 97 o f o 03 008 _ o Totais 10054 10000 Modulo de finura 6 59 Varia o da massa 0 00 Ko 0 3 0 3 Dimens o do agregado mm ANEXO B COMPOSI O DOS BETOES Volume a produzir por tipo bet o Bet o Normal Volume Unit rio 3 38 3 38 5 30 5 30 1 00 dm Compress o 15x15x15 i Compressao Volume Volume Diametral M dulo de inet portipo de 15 de Elasticidade os betao desperdicio dm dm Nome a c 7 dias 28 dias Notas V bet o 1 15 x V Compress o Diametral e M dulo de Elasticidade 15 de desperdicio Cilindro 15 x 30 cm Volume dos constituintes por m de bet o Ag reg ado Cimento e Viareia total Viareia grossa Vareia fina V agua alc grosso I m3 kg m8 aa 1 m3 1 m3 1 m3 1 m3 0 60 350 350 0 297 297 10 198 06 99 03 210 00 310 97 207 31 103 66 180 00 Massa Dados Cimento UN Massa Total Cimento pc 3100 kg m Var 30 litros 30 kg ES V areia Total 1 V agregado grosso V cimento Vart V gua V cimento M p V agua a c Micimento Vareia grossa 2 3 V areia total V areia fina 1 3 V
130. lanation of Object and Current Field Object Description Start with outside layer and work your way to the inside lay Up to 10 layers total 8 for windows Enter the material name for each layer Construction CfactorUnderground all Construction FfactorGroundFloor Construction InternalSource meme WindowT hermalM odel Params ad e us Field Description Obj1 Obj2 Obj3 Obj4 Name Paredes Interiores Pavimento Janela Outside Layer Reboco 3cm Reboco 1 5cm Betao 15cm Vidro 4mm Layer 2 Tijolo 11 Tijolo 22 Argamassa 3cm Ar 12mm Layer 3 PoliestE xt 3cm Reboco 1 5cm Alcatifa Vidro 4mm Layer 4 Tijolo 11 Estores Layer 5 Reboco 2cm Figura 4 9 Constitui o dos elementos construtivos no campo Construction 4 2 5 Thermal Zones and Surfaces O grupo Thermal Zones and Surface respons vel pela defini o das caracter sticas geom tricas do edif cio e da zona ou zonas t rmicas Conforme j referido a introdu o de dados das caracter sticas geom tricas foi realizada atrav s do programa Google SkectchUp e do plug in Open Studio Na Figura 4 10 apresenta se a geometria da frac o aut noma introduzida no Google SketchUp que posteriormente foi exportada para um ficheiro IDF do EnergyPlus onde introduziu os restantes dados das simula es 74 Bndes sto El Err E A File Edit View Camera Drew Tock Window Plugins Hel OLZA HOOC 44 A SABO 7ZPX Mees SHARADOD EAS TERA ASIA G
131. le SketchUp e Surface Type tipo de superf cie e Constrution Name nome do tipo de constru o que representa a constitui o da janela criada em Constrution e Building Surface Name nome da superf cie onde a sub superf cie se encontra e Shading Control Name nome da calendariza o do sistema de protec o dos v os envidra ados definido em Window Property Shading Control e Vertex coordinate coordenadas geom tricas da localiza o dos v rtices da respectiva sub superf cie proveniente do Google SkecthUp 1G CAUsersiMarkusiDesktopNbll seco idf Lol E Es Di m New Obj Dup Obj Del Obj Copy Obj Class List of Ceiling Adiabatic Ceiling Interzone Floor GroundContact Floor Adiabatic Floor Interzone GlazedDoor Window Interzone Door Interzone GlazedDoor Interzone 0001 WindowProperty ShadingControl 4 HE Comments from IDF A 0005 FenestrationSurface Detailed Explanation of Object and Curr Object Description Allows for detailed entry of subsurfaces WindowProperty FrameAndD ivider windows doors glass doors tubular z Field Units Objl a Name Janela 1 Surface Type Window Construction Name Janela Building Surface Name iParede 1 ir Outside Boundary Condition Object View Factor to Ground Shading Control Name SolarControl Frame and Divider Name Multiplier Number o
132. leve scecesseeeeeeeeeeeeeeees 42 Figura 3 4 Curva de evolu o de absor o de gua da LeCa oonccconccccncccconccnonacncnncnnonanoos 42 Figura 3 5 Curva granulometria da brita composta ia 45 Figura 3 6 Equipamento para o ensaio de abaixamento a 49 Figura 3 7 TIpos de abalXamento sic as a a Ei paes da ada il aa 49 Figura 3 8 Prensa hidr ulica de 4 colunas eee erre arena nana 51 Figura 3 9 Controlo da prensa hidr ulica de 4 colunas eres 51 Figura 3 10 Esquema ilustrativo de um posicionador NP EN 12390 6 52 Figura 9 1 POSIGIONA OF e e a oe 53 Figura 3 12 Posicionador na prensa hidr ulica de 4 COlUNAS ooooccccconccccnnccccnnncnconarinonnnos 53 Figura 3 13 PC e data logger a esquerda e controlo da prensa hidr ulica direita 55 Figura 3 14 Prensa hidr ulica com provete eee eree arena rea 55 Figura 3 15 Exemplo de realiza o de um ensaio com o equipamento ISOMET 2114 56 Figura 3 16 Factores de efici ncia estrutural para diferentes tipos de agregados e dosagem CLO CMGI 0 iii id 60 Figura 3 17 Compara o dos resultados obtidos com outros estudos 63 Figura 4 1 Geometria da frac o aut noma utilizada como caso de estudo 65 Fouad os Programa DD FEO aria 67 Figura 4 4 Programa EPS stories ii estes Gug
133. lizados no Instituto Superior T cnico e de modo a obter bet es leves correntes de moderada a elevada resist ncia com abaixamento de 120 20 mm foram considerados os seguintes dados e A dosagem de agregados grossos foi de 350 l m para todos os bet es Esta dosagem foi definida com base no estudo de composi o realizado por Bogas 2011 O valor foi definido tendo em considera o o m todo de Faury de modo a se atingirem misturas com compacidade adequad e percentagem de ar arbitrada para todas as composi es foi de 3 ou seja 30 I m e O volume de areia grossa utilizado corresponde a 2 3 do volume da areia total e o volume de areia fina a 1 3 do volume de areia total e O bet o foi formulado tendo em considera o o m todo de Faury e ainda tendo em aten o que neste tipo de bet es por raz es de estabilidade das misturas n o s o aconselh veis volumes de agregados superiores a 400 l m A dosagem de cimento adoptada foi de 350 kg m nos bet es com a c 0 60 400 kg m nos bet es com a c 0 45 e 450 kg m nos bet es com a c 0 35 e Nos bet es com rela o a c de 0 45 e 0 35 foi necess rio utilizar superplastificante de modo a obter as trabalhabilidades desejadas corresponde a cerca de 120 20 mm de abaixamento 3 4 2 1 Dosagem de agua de amassadura A dosagem de agua efectiva n o tem em considera o o volume de gua absorvido pelos agregados Sabendo a rela o a c e a dosagem de cimento a quantidade de gua efec
134. lmente ao preenchimento dos poros superficiais e reas fissuradas das part culas Na areia leve verifica se que cerca de 30 da absor o s 24 horas ocorre nos primeiros 60 minutos ao passo que na Leca a percentagem de absor o no mesmo per odo cerca de 36 Confirma se assim que grande parte da absor o ocorre nos primeiros minutos seguido de uma descida brusca na taxa de absor o Apesar das diferen as ao n vel da massa vol mica a areia leve apresentou absor o id ntica Leca Zhang e Gjorv 1991 ao caracterizarem a absor o de diferentes agregados de argila expandida verificam tamb m que em dois tipos de agregados analisados apesar de a massa vol mica das part culas diferir em cerca de 20 a absor o aos 30 minutos foi id ntica 42 3 4 FORMULA O DOS BET ES 3 4 1 Introdu o O bet o uma mistura ponderada de ligante agregados grossos agregados finos e gua com ou sema incorpora o de adjuvantes e adi es sendo que as suas propriedades se desenvolvem aquando da hidrata o do cimento Dependendo dos materiais e da pondera o utilizada na mistura poss vel obter uma diversidade de bet es com diferentes n veis de desempenho Os bet es foram formulados com base no m todo de Faury e tendo em considera o bet es semelhantes utilizados em estudos anteriores realizados no Instituto Superior T cnico 3 4 2 Composi o dos bet es Tendo por base outros estudos rea
135. luxo de calor nitidamente bi dimensional 2 2 1 2 Convec o A convec o um mecanismo de transmiss o de calor que ocorre num fluido em movimento sobre uma superf cie s lida ou outro fluido que se encontra a uma temperatura diferente Em edifica es existem duas formas distintas de transfer ncia de calor por convec o convec o ar s lido e convec o ar ar Na convec o ar s lido as trocas de calor d o se entre o ar ambiente interior e exterior e as superf cies da envolvente interior e exterior respectivamente O fluxo de calor por convec o ar s lido depende de v rios factores como a velocidade do fluido relativamente superf cie o gradiente t rmico entre a superf cie e o fluido o sentido do movimento do fluido e as caracter sticas do material da superf cie Mimoso 1987 A equa o 2 4 que descreve este fen meno foi estabelecida por Newton em 1701 e demonstra que o fluxo de calor transmitido por convec o entre uma superf cie e um fluido proporcional rea da superf cie considerada e diferen a de temperatura estabelecida 21 Q h A Os Of W 2 4 Onde h Condutancia t rmica superficial por convec o W m C A rea da superf cie m2 O Temperatura da superficie C 9 Temperatura do fluido C Q Fluxo de calor por convec o W Na convec o ar ar as trocas de calor s o geradas entre massas de ar a diferentes temperat
136. m solu es onde a exig ncia de massa vol mica determinante Para os restantes bet es verifica se que medida que a qualidade da pasta vai aumentando o agregado vai limitando mais a resist ncia e a efici ncia estrutural sofre um aumento progressivamente menos relevante Assim conclui se que o tipo de agregado leve utilizado no presente trabalho vocacionado para a produ o de bet es de baixa a moderada resist ncia Nestes casos que coincide com a produ o de betoes estruturais frequentemente utilizados em edif cios s o atingidos solu es alternativas aos bet es convencionais que dependendo do tipo de utiliza o podem ser mais vantajosas Em todos os bet es verifica se que a efici ncia estrutural diminui com a rela o a c dado que a capacidade resistente da pasta aumenta de forma importante sem grande repercuss o na massa volumica Figura 3 16 99 3 50 E 3 00 2 50 2 00 3 1 50 a 1 00 0 50 q 0 00 BN 3 BL1 BL 2 Teor de cimento Kg m 103 Figura 3 16 Factores de efici ncia estrutural para diferentes tipos de agregados e dosagem de cimento No Quadro 3 12 resumem se as poss veis classes de resist ncia e massa vol mica dos bet es de agregados leves produzidos Quadro 3 12 Classe de resist ncia dos bet es leves Tipo d Classe de Classe de massa Massa vol mica e fem 28 MP bet o cm 28 MPa resist ncia vol mica seca kg m casa Dis 155
137. m aumento do conforto das habita es e a redu o das emiss es de gases com efeito estufa GEE associados sua climatiza o Mant m a exig ncia de verifica o das solu es t rmicas da envolvente para as esta es de aquecimento e de arrefecimento tal como ocorria no regulamento anterior passando o n mero de renova o de ar m nimos a ser de 0 4 renova es por hora A temperatura de conforto de Ver o manteve se no REH 2013 de 25 C ao passo que a temperatura de refer ncia de Inverno passou a ser de 18 C no RCCTE 2006 essa temperatura era de 20 C Os ganhos solares representam efetivamente um dos c lculos mais complexos do actual REH 2013 e do anterior RCCTE 2006 facto que est relacionado com o elevado n mero de factores multiplicativos para a sua determina o Entre estes encontram se os factores de orienta o factor solar do vidro o factor de obstru o a fra o envidra ada e o factor de seletividade angular S o considerados os ganhos solares n o s atrav s da envolvente envidra ada quer de Inverno quer de Ver o mas tamb m atrav s da envolvente opaca na esta o de Ver o Para efeitos de balan o t rmico s o considerados satisfat rios caudais entre 0 4 e 0 6 h e conferida aos t cnicos a possibilidade de implementarem v rias estrat gias de ventila o como a admiss o de ar por condutas com grelhas na envolvente e a ventila o por meios naturais ou mec nicos inc
138. m no per odo anual c Sofia no per odo de Ver o d Sofia no per odo anual e Copenhaga no per odo de Ver o f Copenhaga no per odo anual g Londres no per odo de Ver o h Londres no per odo anual 86 Figura 4 25 Necessidades nominais de energia til para aquecimento para a Hong Kong no per odo de Inverno b Hong Kong no per odo anual e para as cidades do hemisf rio Sul c S o Paulo no per odo de Inverno d Sao Paulo no per odo anual e Cidade do Cabo no per odo de Inverno f Cidade do Cabo no per odo anual g Camberra no per odo de Inverno h Camberra no per odo anual eee reree arena rrenan ane 88 Figura 4 26 Necessidades nominais de energia til para arrefecimento para a Hong Kong no per odo de Ver o b Hong Kong no per odo anual e para as cidades do hemisf rio Sul c XII S o Paulo no per odo de Ver o d S o Paulo no per odo anual e Cidade do Cabo no per odo de Ver o f Cidade do Cabo no per odo anual g Camberra no per odo de Ver o h Camberrano periodo alada ironia 89 Figura 4 27 Trocas de calor na esta o de aquecimento de Lisboa a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do bet o BL 4 Figura 4 28 Trocas de calor na esta o de aquecimento de Copenhaga a Perdas de calor do bet o BL 1 b G
139. m o bet o normal permite um menor desgaste do equipamento e maiores avan os A redu o do peso pr prio permite ainda a constru o de pontes em elementos pr fabricados que possam vencer v os superiores aos alcan ados com a utiliza o de bet o convencional Vieira 2000 Segundo o manual T cnico da Arlita em ponte de 50 m de v o a redu o do peso pr prio da ordem dos 18 e para v os de 100 m de 24 Arlita 2001 Em rela o utiliza o de bet o de agregados leves na constru o de pontes resumem se as seguintes observa es obtidos da experi ncia americana e Aredugao do peso pr prio tem sido vantajoso nos casos em que as funda es se apresentam pouco resistentes conduzido o melhor desempenho s smico e Alargar ou substituir os tabuleiros de pontes existentes sem interven o ao nivel da infraestrutura e Arealizac o de tabuleiros mistos aco bet o com bet o de agregados leves leva geralmente a significativas redu es nos custos totais ou seja solu es mais econ micas e A obten o de maiores v os com elementos pr fabricados e O aumento competitividade do bet o leve em processos de constru o por avan os SUCESSIVOS e Os exemplos obtidos de durabilidade em estruturas de bet o leve com mais de meio s culo A t tulo de exemplo pode referenciar se a ponte Nordhordlandna Noruega Trata se de uma ponte suspensa inaugurada em 1994 cuja superestrutura met lica assenta sobre pont
140. ma de isolamento t rmico entre 13 e 22 para bet es BL 3 e BL 1 e atingindo valores de redu o de 60 da espessura para o bet o BL 4 Tendo em considera o bet es de igual classe de resist ncia os bet es de agregados grossos leves com a c entre 0 35 e 0 45 seriam compar veis aos bet es de massa volumica normal com a c de 0 6 Por sua vez os BEAL com a c de 0 6 seriam compar veis aos BEAL de areia leves com a c de 0 35 Nessas condi es a utiliza o de agregados leves torna se ainda mais interessante do ponto de vista da efici ncia energ tica refor ando o maior n vel de desempenho t rmico dos BEAL face aos BAN 106 Assim imprescind vel a an lise das condi es clim ticas do local e o estudo do comportamento t rmico do edif cio com solu es que proporcionem um melhor desempenho energ tico e que assim contribuam para o desenvolvimento da sustentabilidade ambiental 5 3 PROPOSTAS DE DESENVOLVIMENTO FUTURO Com base no estudo realizado foi possivel aprofundar o conhecimento sobre o desempenho t rmico de bet es leves de diferentes classes de resist ncia No entanto existe a necessidade de realizar trabalhos adicionais nesta tem tica que permitam uma melhor confian a na utiliza o deste tipo de betoes Neste contexto s o mencionadas de seguida algumas propostas de desenvolvimento futuro que poder o ajudar a complementar o presente estudo e a aumentar o conhecimento na utiliza o dest
141. ma e disp e de uma funcionalidade de detec o de erros que se torna crucial no processo de modela o Ap s concluir a simula o o programa fornece um ficheiro que descreve os eventuais erros detetados pelo software Ernest 2009 Nas Figuras 4 2 e 4 3 apresentam se os programas DF Editor e EP Launch O programa DF Editor permite definir os par metros e os campos de entrada e sa da da simula o ge E x amp IDF Editor CAUsersiMarkusiDesktoplgeometria finalidf Aim File Edit View Help E File Edit View Jump Window Help R D New Obj DupObj Del Obj Copy Obi Rs pod rr Class List Comments from IDF CAUsersAMarkusiDesktopigeometria final idf y Simulation Parameters A Browse Edit Text Editor Edit IDF Editor S Weather File ICAU sers Markus Desktop Ficheiro climatico Lisboa PRT_Lisboa 085360_INETI epw v 0001 SurtaceConvection lgorithm Inside 0001 SurfaceConvectionAlgorithm Outside Browse 0001 HeatBalance lgorithm E cesso HeatBalanceS ettings ConductionFiniteD ifference ZoneAirHeatBalance lgorithm Seed E al an View Results ZoneAirContaminantB alance Object Description Note Drawing File ZoneCapacitanceMultiplier ResearchS pecial and Sizing Plant objects ald LL 0001 Timestep Sizing object will not ca ConvergenceLimits fields set to No the corr INlJottf 01 ProgramControl Note also if you want tc
142. massa vol micas de equil brio entre 800 e 1440 kg m ASTMC331 2004 Finalmente os bet es leves estruturais s o especificados nos documentos ACI211 2 1998 ACI318 2009 ASTMC330 2004 e ACI213R 2003 De acordo com as primeiras tr s normas o bet o leve estrutural caracterizado por possuir resist ncia m nima compress o de 17 2 MPa aos 28 dias e uma massa vol mica de equil brio m xima de 1842 kg m A norma mais recente ACI213R 2003 prev a mesma resist ncia m nima compress o mas uma massa vol mica de equil brio m xima de 1920 kg m Esta norma ainda define valores m nimos de resist ncia compress o de 40 MPa para bet es de agregados leves estruturais de alta resist ncia Como se pode verificar a defini o dos bet es de agregados leves estruturais n o un nime nas normaliza es existentes principalmente em rela o aos limites estipulados e tipo de massa vol mica considerada 2 1 3 Aplica es Neste subcap tulo resumem se algumas das principais aplica es dos bet es leves nomeadamente no que diz respeito a edif cios pontes e plataformas offshore 2 1 3 1 Edif cios Os bet es leves s o aplicados em edif cios altos por que este tipo de solu o em rela o aos bet es convencionais permite um maior aligeramente da estrutura por redu o do seu peso pr prio A utiliza o do bet o leve permite ainda meios de eleva o de menor capacidade de carga Heimdal 19
143. mentos no dom nio da t rmica de edif cios tornaram poss vel a concretiza o desta disserta o N o posso deixar de referir e agradecer a disponibilidade empenho dedica o paci ncia e bastante tempo perdido na explica o exaustiva do programa e de todos os ensinamentos Sendo este trabalho uma etapa importante no meu percurso acad mico e pessoal n o poderia terminar sem agradecer a minha fam lia amigos e a todos aqueles que de uma forma ou de outra ajudaram a sua concretiza o com especial destaque a minha m e Maria Souza A todos o meu obrigado VI NDICE GERAL 1 INTRODU O 1 lda CONSIDERA ES INICIAIS ss a 1 No CRIECINOS arena a 2 1 3 ORGANIZA O DO TRABALHO eee 3 2 ESTADO DA ART E e o e 5 A BETOR SEEVE a AD ee eee 5 Ze Ae be STING AGC o A iastoe tech AA 5 2 2 ANORMQUIZA Ot E A E E dare anctiie 6 Bl Os AMG ACOCS seas ii maia E ER Si 7 2 1 4 Principais propriedades dos agregados leves nono 11 2 1 5 Principais propriedades dos bet es estruturais produzidos com agregados leves O 13 2 2 COMPORTAMENTO T RMICO DOS EDIF CIOS eee 19 2 2 1 Processos qe transmiss o de Cali 20 2 2 2 Coeficiente de transmiss o t rmiCa ocooocccnocccnonnnnonananonncnonanonnonanonnnnonenanorannonancrinnos 23 2 23 Gannos Solares e factor sola ansia 24 2 2 4 Principais factores que afetam o comportamento t rmico dos edif cios 25 2210 ReQqUlamentac
144. mers o em gua durante 24 h M Massa do provete saturado com superf cie seca 9 M Massa do conjunto agua provete balao g M Massa do picn metro cheio de gua 9 M Massa da amostra de ensaio ap s secagem em estufa 9 40 3 3 1 2 5 Teor de Humidade O teor de humidade dos agregados calculado pela seguinte express o ma M TH EEE x 100 3 6 1 Onde m Massa do agregado seco ap s 24 horas em estufa m Massa do agregado em ambiente natural 3 3 1 2 6 Apresenta o e discuss o de resultados No Quadro 3 3 apresentam se os resultados refente a baridade massas vol micas das part culas PaPra Pssa teor de humidade TH e absor o de gua ap s 24 h de imers o Wabs 24 Quadro 3 3 Massas vol micas absor o e teor de gua dos agregados 578 944 865 949 0 16 633 1297 1161 1266 0 17 0 08 0 11 0 13 0 04 Como seria de esperar a Leca HD e a areia leve apresentam baridades e massas vol micas dentro dos limites estalecidos pelas normas europeias na defini o dos agregados leves Nas normas EN 13055 1 2002 e NPEN206 1 2005 os agregados leves s o definidos como agregado de origem mineral com massa vol mica ap s secagem em estufa menor ou igual a 2000 kg m ou com baridade inferior a 1200 kg m Estes resultados est o de acordo com os valores de baridade usualmente referidos para este tipo de agregado de argila expandida Chandra e Berntsson
145. misturas A massa vol mica seca dos bet es com agregados leves variou entre cerca de 1630 e 1800 kg m em oposi o aos valores superiores a 2250 kg m dos bet es cavernosos permitindo redu es m dias no peso pr prio dos elementos estruturais na ordem dos 25 Por sua vez a introdu o de areias leves permitiu uma redu o adicional de cerca de 20 na massa vol mica seca Por m a diminui o ben fica da massa vol mica implicou a redu o prejudicial da resist ncia mec nica verificando se perdas de at cerca de 35 na resist ncia compress o Esta diminui o da resist ncia dos BEAL face aos BAN tende a aumentar com a redu o da rela o a c dado que o agregado assume maior influ ncia para n veis de resist ncia superior Apenas nos bet es leves com rela o a c elevada a c 0 6 atingiram se solu es mais eficientes do que nos BAN o que significa a maior apet ncia destes bet es para a produ o de bet es de baixa e moderada resist ncia De facto nos bet es de elevado a c onde a compacidade da pasta assume um papel mais relevante na resist ncia do que o agregado verifica se que a efici ncia estrutural tende a ser superior nos bet es leves A redu o obtida na massa vol mica dos bet es com areias leves n o permitiu compensar a elevada perda de resist ncia nestes bet es na ordem dos 50 o que conduziu a menores n veis de efici ncia estrutural semelhan a do que sucede na resist ncia c
146. mostat control Referenced chedules must be defined elsewhere in Ar Condicionado AC Aquecimento AC rretecimento Figura 4 16 Objeto HVAC Template Thermostat E C Users Markus Desktop geometria_final idf D e G vewobi Dup Obi Copy Obj Class List enem AirflowN etwork Distribution Linkage Exterior Lights Exterior FuelE quipment Exterior aterE quipment 0001 H ACT emplate Thermostat Soon AirflowN etwork Distribution Component ConstantPressureDre a Comments from IDF _ Explanation of Object and Curr Object Description a Zone with ideal air system that meets heating or cooling loads Field Zone Name Template Thermostat Name System Availability Schedule Name Maximum Heating Supply Air Temperature Minimum Cooling Supply Air Temperature Maximum Heating Supply Air Humidity Ratio Minimum Cooling Supply Air Humidity Ratio Heating Limit Maximum Heating Air Flow Rate Maximum Sensible Heating Capacity Cooling Limit Maximum Cooling Air Flow Rate Maximum Total Cooling Capacity Heating Availability Schedule Name Cooling Availability Schedule Name Dehumidification Control Type Cooling Sensible Heat Ratio Dehumidification Setpoint Humidification Control Type Humidification Setpoint Outdoor Air Method Outdoor Air Flow Rate per Person Units Obj1 a Ar Condicionado C 50 E 13 kgw ater kgDry 0 0156 kgw ater kgDry
147. nado para bet o armado corrente aplicado in situ O segundo grupo caracterizado por bet es com resist ncia entre 40 a 50 MPa e massa vol mica entre 1700 e 2000 kg m vocacionados para pr fabrica o Finalmente o terceiro grupo com bet es entre 50 a 70 MPa adequados para elementos pr esfor ados O bet o leve segundo a norma Europeia NPEN 206 1 2005 caracterizado por ter massas vol micas ap s a secagem em estufa entre 800 e 2000 kg m podendo ser divididos em subclasses de massa vol mica conforme indicado no Quadro 2 1 Segundo esta norma o bet o leve s pode ser produzido utilizando agregados leves de forma parcial ou integral S o previsto bet es com classes de resist ncia entre LC 8 9 e LC 80 88 considerando se de elevada resist ncia os bet6es de classe superior a L55 60 Esta classifica o igualmente adoptada no Euroc digo 2 EN 1992 1 1 2004 Quadro 2 1 Classe de massa vol mica do bet o de agregados leves NPEN 206 1 2005 Nos EUA os bet es de agregados leves s o divididos em tr s classes de acordo com as suas propriedades e fun es Os bet es ultra leves t m fraca resist ncia mec nica entre 0 7 e 3 4 MPa ASTMC332 1999 com propriedades de isolamento Os bet es com propriedades mec nicas interm dias possuindo alguma capacidade t rmica s o destinados a solu es de enchimento ou elementos autoportantes Estes bet es s o caracterizados por resist ncias entre 3 4 e 17 MPa e
148. nas Ganhos internos opacas Renova o de ar 70 b Envidra ados Envi Pilares Vigas a Envigra ados Restantes zonas opacas Renova o de ar Envidra ados Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas Ganhos internos opacas Renova o de ar 70 e f Figura 4 27 Trocas de calor na esta o de aquecimento de Copenhaga a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do bet o BL 4 92 Ganhos internos Envidra ados j Ganhos internos Envidra ados am Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar 64 a b Envidra ados q Pilares Vigas Restantes zonas s Opacas Renova o de ar Envidra ados Ganhos internos 64 E Envidra ados E Pilares Vigas Envidra ados m Restantes zonas Ganhos internos opacas E Renova o de ar e f Figura 4 28 Trocas de calor na esta o de aquecimento de Londres a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do bet o BL 4 Analisando as Figuras 4 27 a 4 28 constata se que na esta o de aquecimento as cidades europeias apresentam um peso percentua
149. nas simula es energ ticas EnergyPlus descritos em 4 3 s o as seguintes e a geometria do apartamento representada na Figura 4 1 tem 118 m de rea til de pavimento e um p direito de 2 7 metros e tal o da viga tem 0 3 m de altura e 0 2 mde espessura e os pilares t m todos 0 2 m de espessura Todos estes elementos s o em bet o com uma espessura total de reboco de 3 cm sem qualquer correc o t rmica e afrac o localiza se num piso interm dio logo a laje superior e inferior correspondem fronteiras adiab ticas o que implica que n o h transfer ncia de calor nestas superf cies e as paredes que fazem fronteira com a caixa de escadas foram tamb m consideradas por simplifica o como fronteiras adiab ticas e as janelas s o constitu das por vidro duplo incolor separado por uma caixa de ar 4 12 4 mm e a protec o solar dos v os envidra ados constitu da por estores venezianos met licos de cor branca A protec o solar activada sempre que a temperatura exterior ultrapassar os 25 C e as paredes exteriores s o constitu das por dois panos de tijolo de 11 mm com reboco exterior de 3 cm e interior de 2 cm separados por uma caixa de ar com 3 cm totalmente preenchido com uma camada de poliestireno extrudido e o valor dos ganhos internos adoptado foi de 4 W m como indicado no Regulamento de Desempenho Energ tico dos Edif cios de Habita o REH 2013 e o valor da taxa de renova o hor ria d
150. necessidades energ ticas de aquecimento por ter um Inverno mais rigoroso comparativamente com as restantes localidades Relativamente s necessidades energ ticas de arrefecimento no per odo de Ver o Figura 4 23 utilizando tamb m os valores do coeficiente de condutibilidade t rmica do bet o em estado seco observa se que os valores variam entre 2 70 e 2 75 kWh m consoante o tipo de bet o normal e entre 2 76 e 2 80 kWh m consoante o tipo de bet o leve para a cidade de Copenhaga entre 4 11 e 4 13 kWh m consoante o tipo de bet o normal e entre 4 15 e 4 16 kWh m consoante o tipo de bet o leve para Londres entre 6 49 e 6 50 kWh m consoante o tipo de bet o normal e entre 6 33 e 6 48 kWh m consoante o tipo de bet o leve para Berlim e entre 11 96 e 12 02 kWh m consoante o tipo de bet o normal e entre 11 25 e 11 81 kWh m consoante o tipo de bet o leve para Sofia representando em m dia cerca de 14 21 32 e 60 das necessidades energ ticas de arrefecimento de Lisboa respetivamente Este facto relaciona se mais uma vez com a latitude dos locais com a radia o solar e as temperaturas ambientes exterior As necessidades energ ticas de arrefecimento dos bet es leves s o em geral menores do que os bet es normais de composi o semelhante excepto Copenhaga e Londres As cidades de Copenhaga e Londres apresentam maiores necessidades energ ticas de arrefecimento utilizando os bet es leves em rela o aos bet es normais
151. nergia Os restantes elementos nomeadamente os opacos restringem a passagem de energia sobre a forma de radia o permitindo apenas a absor o da radia o e n o a sua transmiss o Lanham 2004 O aproveitamento da radia o solar passa pela atitude dos ocupantes que regulam a entrada de radia o na habita o controlando a activa o ou oculta o das prote es solares Os mecanismos de sombreamento externos como estores portadas ou toldos e os mecanismos de sombreamento interiores como cortinas e cortinados s o elementos disposi o dos utilizadores para o controlo dos ganhos por radia o solar Nos mecanismos de sombreamento externos a radia o solar absorvida 24 dissipada directamente para o exterior constituindo portanto um sistema mais eficiente Lanham 2004 A regula o das prote es permite controlar a radia o solar dando um contributo importante para a climatiza o do edif cio evitando excessivo sobre aquecimento dos espa os durante o Ver o De toda a radia o total incidente num envidra ado uma parte transmitida instantaneamente para o interior outra refletida para o exterior e uma terceira parte absorvida pelo pr prio vidro Da radia o absorvida que representa a energia acumulada no vidro h ainda uma parcela que vai ser emitida para o interior e uma outra para o exterior devido aos fen menos de convec o e radia o Para definir a totalidade da radia
152. nstata se ainda que essas redu o tende a ser relativamente independente da rela o a c da misturas Confirma se que os bet es leves apresentam menores coeficientes de condutibilidade t rmica relativamente aos bet es normais de composi o semelhante dado se terem incorporado agregados de menor massa vol mica Tendo em considera o apenas bet es secos os bet es leves demonstram redu es de 50 45 e 39 em rela o aos bet es convencionais de igual composi o respectivamente tendo em considera o misturas com rela o a c de 0 60 0 45 e 0 35 Para solu es estruturalmente mais eficientes que implicam pastas de rela o a c superior a 0 45 0 coeficiente de condutibilidade t rmica pode ser duas vezes inferior ao observado nos bet es convencionais de igual composi o Por sua vez o bet o leve BL 4 apresenta uma redu o de aproximadamente 60 do coeficiente de condutibilidade t rmica em compara o ao bet o leve BL3 devido substitui o da areia grossa por areia leve Apesar de estes bet es apresentarem efici ncias estruturais poucas relevantes evidenciam aumentos muito importantes na capacidade de isolamento t rmica podendo significar resist ncia t rmica quatro vezes superiores dos bet es convencionais Na figura 3 17 comparam se os resultados obtidos no presente estado com os resultados indicados por outros autores tendo em conta a rela o usualmente estabelecida entre o coeficiente de
153. nterface e subsequente desenvolvimento de microfendilha o A microfendilha o entre os constituintes do bet o tende a ser mais elevada quanto maior for a diferen a de rigidez entre os agregados e a matriz Os agregados leves apresentam rigidezes mais pr ximas da argamassa envolvente comparativamente com os agregados de massa vol mica normal existindo uma maior compatibilidade el stica entre as fases e o menor desenvolvimento de microfendilha o Holm e Bremner 2000 EuroLightConR14 2000 Zhang e Gjorv 1990d Contudo em bet es de elevada resist ncia onde exigido argamassas fortes a compatibilidade el stica tende a diminuir A compatibilidade el stica assume um papel relevante na resist ncia do bet o mas tem ainda maior import ncia noutras propriedades como a retrac o trac o permeabilidade e durabilidade devido microfendilha o resultante Segundo v rios autores os bet es estruturais de agregados leves apresentam n veis de porosidade e fendilha o inferiores aos dos bet es convencionais Holm e Bremmer 2000 EuroLightConR2 1998 Zhang e Gjorv 1990d e na rotura tendem a propagar se as fendas pelo agregado demonstrado que a zona de transi o agregado pasta tem menor influ ncia na resist ncia Os BEAL apresentam adequada resist ncia tanto penetra o de gua do mar como de gua corrente atribuindo essa raz o melhor liga o agregado pasta A liga o agregado pasta
154. ntes consumidores de energia sendo respons veis por cerca de 40 dos consumos energ ticos da comunidade europeia Em Portugal estima se que os edif cios representam cerca de 29 do consumo global sendo que 16 corresponde ao consumo residencial e 13 ao consumo de servi os DGCE 2006 Atrav s de estrat gias de conce o e constru o dos edif cios poss vel melhorar o comportamento e a efici ncia energ tica dos mesmos tendo em conta aspetos construtivos a intera o com o clima local a escolha dos materiais e a aplica o da legisla o espec fica em vigor Atualmente o bet o o material mais utilizado na constru o em elementos estruturais Os bet es designados por bet es normais s o caracterizados por elevada massa vol mica 2300 a 2500 kg m e coeficientes de condutibilidade t rmica superiores a 1 5 W m C Com o objetivo de reduzir a massa volumica do bet o e obter solu es mais leves e energeticamente mais eficientes surge o bet o estrutural com agregados leves BEAL A aplica o deste tipo de bet o permite reduzir a carga permanente e o n vel de ac es sobre as estruturas obter solu es construtivas mais esbeltas e melhorar o comportamento t rmico Geralmente os BEAL s o caracterizados por massas vol micas inferior a 2000 kg m e coeficiente de condutibilidade t rmica inferiores a 1 0 W m C Newman 1993 De acordo com as propriedades exigidas para os bet es leves estes poder o a
155. nto t rmico dos edif cios Conforme foi mencionado anteriormente existem factores que influenciam diretamente o desempenho t rmico dos edif cios No entanto alguns deles merecem maior relev ncia devido ao seu maior contributo no conforto t rmico como o isolamento t rmico a in rcia t rmica e a ventila o 25 2 2 4 1 Isolamento T rmico O principal objetivo de utilizar um isolamento t rmico constituir uma barreira transmiss o de calor atrav s do aumento da resist ncia t rmica dos elementos da envolvente do edif cio o que implica a redu o das trocas de calor e consequentemente a redu o das necessidades energ ticas No Ver o as necessidades energ ticas de arrefecimento correspondem quantidade de calor necess rio retirar para satisfazer os crit rios de conforto t rmico 8 Conforto Ver o 25 C No Inverno as necessidades energ ticas de aquecimento corresponde quantidade de calor necess rio fornecer de modo a respeitar os crit rios de conforto t rmico 8 conforto Inverno 20 C Desta forma e particularmente na esta o de Inverno quanto mais f cil for a passagem do calor atrav s dos elementos da envolvente ou seja quanto menor for o seu grau de isolamento t rmico maior ser a quantidade de calor a fornecer e consequentemente maior ser o consumo energ tico para manter a temperatura interior dentro do intervalo de temperatura de conforto Por esta raz o muitas vezes necess
156. o 2034 7065 9021 or 5800 4200 om 9025 oar som 006 9097 os 0 soe seso sor 1022 sars om os oo com 00 0097 oo oro vost 2080 TOM 512 oas ou os o0 com 00 0887 onas oos 0097 2085 7015 315 0665 ova com oo nea 008 097 Foo oor 0050 182 sere 02 sm pl i To Pego uso emo os oozes o o oo om fM dulodeFinura 399 se am 0 Sm ea SE 3 3 1 2 Massa volumica absor o de gua e teor de Humidade 3 3 1 2 1 Objectivo e norma do ensaio Foi utilizada a metodologia de ensaio descrita pela norma NP EN 1097 6 2003 Ensaios das propriedades mec nicas e f sicas dos agregados Parte 6 Determina o da massa vol mica e da absor o de gua Em condi es ideais os agregados deviam ser incorporados na mistura saturados com superf cie seca No entanto na pr tica dif cil garantir essas condi es Assim fundamental quantificar o teor de humidade e a absor o de gua nos agregados de modo a realizar as devidas corre es na quantidade de total de gua de amassadura 3 3 1 2 2 Procedimento de ensaio para agregados finos De acordo com a norma EN 1097 6 foi adoptado o seguinte procedimento na realiza o dos ensaios e Seleciona se uma amostra com cerca de 1 kg passa se a amostra pelo peneiro de 4 mm rejeitando qualquer material que fique retido e pelo peneiro de 0 063 mm e coloca se na estufa a se
157. o ar interior por ventila o natural adoptada foi de 1 Roh cumprindo o requisito m nimo de 0 4 Roh segundo o REH 2003 Para analisar o comportamento t rmico em diferentes condi es clim ticas foram selecionadas 12 localidades As localidades nacionais analisadas s o Bragan a Porto Lisboa e Faro As localidades internacionais analisadas s o S o Paulo Brasil Camberra Austr lia S fia Bulg ria Berlim Alemanha Londres Inglaterra Copenhaga Dinamarca Hong Kong China e Cidade do Cabo frica do Sul Para cada localidade ser o realizados simula es com os elementos estruturais da frac o com os diferentes tipos de bet o normal BN1 BN 2 e BN 3 e leve BL1 BL 2 BL 3 e BL 4 analisados no Cap tulo 3 utilizando alguns resultados da campanha experimental nomeadamente a massa vol mica e o coeficiente de condutibilidade t rmica dos diferentes tipos de bet o em estado seco e saturado Nas presentes simula es n o foi colocada qualquer correc o t rmica nos elementos estruturais pelo que as solu es dos elementos estruturais n o s o regulamentares porque apenas se pertendia obter valores das necessidades energ ticas para efeito comparativo dos diferentes bet es 66 4 2 DESCRI O DO PROGRAMA DE SIMULA O ENERGY PLUS O EnergyPlus um software desenvolvido para permitir o estudo e an lise de edif cios do ponto de vista do seu comportamento e desempenho energ tico Neste estudo a vers
158. o de Leca HD e areia leve designada de Leca XS Foram ainda utilizados duas areias naturais siliciosas correspondente a uma areia fina 0 2 e uma areia grossa 0 4 As principais caracter sticas destes agregados s o apresentadas nos pontos em seguida 3 3 1 1 An lise granulom trica 3 3 1 1 1 Objectivo e norma do ensaio Foi adoptado o procedimento de ensaio especificado na norma NP EN 933 1 2000 Ensaios das propriedades geom tricas dos agregados Parte 1 An lise granulom trica M todo de peneira o Associada a esta norma encontra se a NP EN 933 2 1999 onde s o especificadas as dimens es nominais das aberturas formato da tela de arame e chapas perfuradas dos peneiros de ensaio A an lise granulom trica fundamental na formula o e maximiza o da compacidade granular de um bet o e tem por objectivo quantificar estatisticamente as diferentes dimens es e correspondentes frac es das part culas constituintes de cada um dos tipos de agregados a utilizar 3 3 1 1 2 Procedimento de ensaio A norma NP EN 933 1 especifica a massa de amostra m nima a utilizar no ensaio em fun o da m xima dimens o do agregado pelo que ap s a secagem o provete dever possuir massa superior ao indicado no Quadro 3 1 Quadro 3 1 Massa m nima dos provetes de ensaio para realiza o da an lise granulom trica Dimens o m xima Massa m nima Dm x mm do provete kg Is Ap s a prepara o da amostra
159. o idf E E Die E New Obj Dup Obj Del Obj Copy Obi Class List Comments from IDF Schedules 02 ScheduleT ypeLimits 0003 Schedule D ay Hourly sooo Schedule Day Interval Schedule D ay List 0003 Schedule Week Daily Schedule Week Compact 0003 Schedule Year Schedule Compact Schedule Constant Schedule File Explanation of Object and Current Field Object Description ScheduleT ypeLimits specifies the data types and limits for the values contained in schedules A Surface Construction Elements Field Description used to validate schedule types in various schedule objects Field Obj1 Obj2 Name Ar Condicionado 0 Lower Limit Value 100 Upper Limit Value 1 200 Numeric Type Discrete Continuous Unit Type Dimensionless Dimensionless Figura 4 7 Objeto Schedule 11 4 2 3 1 Schedule Type Limits No campo Schedule Type Limits s o definidos o nome os valores limites e o tipo num rico para cada tipo de calendarizac o O hor rio de ocupa o definido com o nome Aberto e tera como limites O e 1 em que O significa que est fechado e 1 que se encontra ocupado Ja as temperaturas do Ar Condicionado ter o como limite 60 C e 200 C de modo a englobarem uma grande gama de temperaturas 4 2 3 2 Schedule Day Hourly O campo Schedule Day Hourly define o dia tipo ou seja o hor rio ao longo das 24 horas do dia em que
160. o objeto Window Material Blind referente aos estores venezianos met licos Para que a protecc o solar fique activa no intervalo caracterizado em Shading Control Type e Set point necess rio activar no objeto Fenestration Surface Detailed o nome da calendarizac o do sistema de protec o dos v os envidracados Solar Control A prote o solar activada sempre que a temperatura exterior ultrapassar os 25 C 76 S CAUsersiMarkusiDesktopibll seco idf Le JLo fes Diem Newobi Dupobi Deiobi Copy Obi Class List Shading Type Construction with Shading Name Shading Control Type Schedule Name Setpoint Comments from IDF Explanation of Object and Curr Object Description a Specifies the type location and controls for window shades window blinds and switchable glazing Referenced by the v Obj1 SolarControl ExteriorBlind OnlfHighOutdoor ir m Wm2 W or deg 25 Shading Control s Scheduled No Glare Control Is Active No Shading Device Material Name Estores Type of Slat Angle Control for Blinds FixedSlat ngle Figura 4 12 Campos de entrada de Window Property Shading Control 4 2 5 4 Fenestration Surface Detailed No campo Fenestration Surface Detailed s o especificados os v os envidra ados que s o definidos como sub superf cies S o definidos os seguintes par metros Figura 4 13 e Name nome da superf cie proveniente do Goog
161. o solar que transmitida para o interior dos compartimentos recorre se ao par metro designado por factor solar do vidro gt Este par metro considera como ganhos de calor pela radia o solar a soma de duas parcelas a radia o transmitida diretamente T e a radia o absorvida e reenviada para o interior Si O factor solar de um envidra ado representa assim o quociente entre a energia solar transmitida para o interior atrav s do envidra ado e a energia da radia o solar total incidente RCCTE DL 80 2006 A equa o 2 12 traduz exatamente essa defini o _ Ganho de calor solar atrav s do vidro T Si L3 2 12 Radia o incidente l l Onde g Factor solar l Radia o solar incidente T Transmiss o energ tica global S Fra o da energia absorvida e emitida para o interior O factor solar indica a fra o da energia solar que efetivamente atravessa o envidra ado e transmitida para o interior do edif cio Assim quanto menor for o factor solar do vidro menor ser a quantidade energia atrav s deste O g condicionado pelo ngulo de incid ncia solar condi es de convec o natural pelo exterior velocidade do vento e espessura do vidro No mercado comum encontrar factores solares para os vidros que variam entre 0 10 vidro duplo de cor azul com controlo solar e os 0 90 vidro simples claro Ramalheira 2005 2 2 4 Principais factores que afetam o comportame
162. omparativa entre os bet es normais e leves de composi o semelhante avaliando a poupan a de consumo energ tico e a redu o das trocas de calor O quinto cap tulo dedicado s conclus es e desenvolvimentos futuros Nos anexos como complemento ao trabalho apresenta se os resultados detalhados da an lise granulom trica dos agregados dos c lculos complementares da composi o dos bet es e dos resultados experimentais do bet o no estado fresco e endurecido No anexo I apresenta se duas plantas da frac o aut noma utilizada como caso de estudo 2 ESTADO DA ARTE 2 1 BET ES LEVES De acordo com o EN 13055 1 os bet es leves podem ser caracterizados por massas vol micas entre cerca de 300 e 2000 kg m e condutibilidades t rmicas entre 0 2 e 1 0 W mK Nesta categoria existem 3 tipos de bet es leves bet es com agregados leves os bet es celulares e bet es sem finos Spratt 1980 2 1 1 Defini o e enquadramento S o duas das principais caracter sticas dos bet es leves a reduzida massa vol mica e a condutibilidade t rmica A densidade do bet o pode ser reduzida de v rias formas tais como a incorpora o de agregados de baixa densidade na composi o do bet o a utiliza o de espumas celulares ou o aumento de vazios no bet o atrav s da introdu o de ar high air a n o utiliza o de agregados finos na composi o do bet o Holm e Bremner 2000 Na Figura 2 1 esquematiza se os diferentes
163. ompress o os bet es normais conduzem a maiores valores de resist ncia comparativamente aos bet es leves de composi o semelhante Como seria de esperar os bet es com agregados mais fracos s o os que apresentam menor capacidade resistente a trac o atingindo se rela es superiores a 35 face aos BAN Tal como observado na resist ncia compress o a introdu o de areia leve tende a prejudicar de forma importante as caracter sticas mec nicas dos bet es Uma das principais desvantagens na utiliza o de bet es leves em elementos estruturais est relacionada com a elevada redu o ao n vel da rigidez No presente trabalho confirmam se redu es de cerca de 50 no m dulo de elasticidade dos BEAL face aos BAN de igual composi o A substitui o de agregados normais por agregados grossos leves permitiu atingir solu es com redu es entre 40 e 50 no coeficiente de condutibilidade t rmica Os bet es leves estruturais produzidos com maior rela o a c e logo com menor massa vol mica conduzem s maiores redu es de condutibilidade t rmica face aos bet es convencionais de igual composi o 104 Do presente trabalho conclui se que os bet6es leves estruturais produzidos com maior rela o a c para al m de poderem conduzir a maiores valores de efici ncia estrutural evidenciam os n veis mais elevados de isolamento t rmico Tendo em conta solu es correntes em equil brio com a humidade relativa am
164. ompress o e massa vol mica desej vel para o bet o s o os principais factores que determinam a escolha do agregado leve apropriado para uma determinada aplica o CEB FIB 1977 As propriedades do agregado incluindo a massa vol mica a absor o e a resist ncia s o influ ncia das pela estrutura interna porosa do material Zhang e Gjorv 1991 2 1 4 1 Massa Volumica A massa vol mica do agregado a raz o entre a massa de uma quantidade de material e o volume absoluto ocupado pelas part culas da amostra Neste volume s o inclu dos os vazios internos do agregado A massa vol mica das part culas influencia diretamente na massa volumica do bet o e tende a evoluir proporcionalmente com a sua capacidade resistente De acordo com o definido na NPEN 206 1 2005 o agregado leve deve possuir massa vol mica inferior a 2000 kg m 2 1 4 2 Resist ncia A resist ncia do agregado leve varia com o tipo processo de fabrico estrutura interna dosagem e dimens o m xima das part culas A porosidade uma propriedade que exerce uma grande influ ncia na resist ncia dos agregados A capacidade resistente dos agregados leves influencia diretamente a resist ncia do bet o leve com a superf cie de rotura a atravessar os agregados em oposi o ao comportamento que se verifica nos bet es com agregados de massa volumica normal Nos BEAL a pasta de cimento deixa de ser o elemento mais fraco e como tal a resist ncia destes
165. on 0001 SimulationContral 0001 Building 0001 ShadowCalculation 0001 SurfaceConvection lgorthm Inside 0001 SurtaceCormvechorm lgonthm Outside 0001 HeatB alancelgorithm HeatBalanceS ettings ConductonFinteD ference Zone iHeatB alanceAlgorithm oneAiContaminanth alance oneCapacttanceM ultiplier Rezearch5 pecial 0001 Timestep ConvergenceLimits ProgramEontrol Figura 4 5 Grupo Simulation Parameters 4 2 1 1 Version Foi utilizada a vers o mais recente do EnergyPlus vers o 8 1 4 2 1 2 Simulation Control O Simulation Control permite escolher o tipo de simula o pretendida Foi definido que a simula o ir apenas utilizar o ficheiro clim tico e num dado per odo de tempo de simula o Run Simulation for Weather File Run Periods Yes 4 2 1 3 Building Um dos campos de entrada com maior relev ncia o Building que permite definir de forma detalhada o edif cio e o local inserido poss vel atribuir um nome para o edif cio Building Name definir a sua orienta o solar em rela o ao Norte verdadeiro North Axis e definir a rugosidade do terreno Terrain No presente trabalho definiu se a rugosidade do terreno como cidade city e que ser utilizada na contabiliza o da influ ncia do vento j que o edif cio se encontra inserido num ambiente urbano ou centro urbano O campo Solar Distribution define o algoritmo de dist
166. os leves e areia natural de rela o gua cimento 0 60 BL 2 Bet o com agregados grossos leves e areia natural de rela o gua cimento 0 45 BL 3 Bet o com agregados grossos leves e areia natural de rela o agua cimento 0 35 BL 4 Bet o com agregados grossos leves e areia leve de rela o gua cimento 0 35 BN 1 Bet o normal com rela o agua cimento 0 60 BN 2 Bet o normal com rela o agua cimento 0 45 BN 3 Bet o normal com rela o agua cimento 0 35 GEE Gases com efeito estufa SP Superplastificante XPS Poliestireno extrudido SIMBOLOGIA a c Rela o gua cimento em massa a l Rela o gua ligante em massa Cp Capacidade t rmica volum trica J m C Ea M dulo de elasticidade din mico GPa Ec M dulo de elasticidade em compress o GPa fc Resist ncia compress o MPa fem Resist ncia m dia compress o MPa fot Resist ncia trac o por compress o diametral MPa fetm Resist ncia m dia trac o por compress o diametral MPa gl Factor solar do vidro GD Graus dia de aquecimento C Gvent Fluxo de calor por ventila o W he Condut ncia t rmica superficial por convec o W m C hse Condut ncia t rmica superficial exterior W m C hs Condut ncia t rmica superficial interior W m C Kp Condut ncia t rmica do elemento W m C Nac Necessidade de energia para a prepara o de aguas quentes sanit rias W Naquec Necessidade energ tica de aque
167. os tipos de calend rios funcionam e no caso do sistema de climatiza o o valor a que opera ou seja as temperaturas setpoint no per odo de aquecimento e arrefecimento Para o dia tipo do hor rio de abertura optou se pelo nome Aberto e colocou se 1 em todas as horas conforme j mencionado por se tratar de um edif cio habitacional que se considera ocupado durante todo o dia Para o sistema de climatiza o no per odo de Inverno deu se o nome de Aquecimento e colocou se o valor de 18 que representa a temperatura setpoint em graus celsius No per odo de Ver o deu se o nome de Arrefecimento e definiu se o valor de 25 que representa tamb m a temperatura setpoint em graus celsius Estas temperaturas de setpoint s o as consideradas no Regulamento da T rmica REH 2013 respectivamente para as esta es de aquecimento e arrefecimento 4 2 3 3 Schedule Week Daily No campo Schedule Week Daily ser definido uma semana tipo com a indica o dos dias em que cada dia tipo funcionar Cada dia tipo ser associado a uma semana tipo Definiu se para a semana do hor rio de ocupa o Aberto para o ar condicionado Aquecimento no per odo de Inverno e Arrefecimento no per odo de Ver o 4 2 3 1 Schedule Year No objeto Schedule Year ser definido um ano tipo Cada ano tipo ter que corresponder a um ano completo mesmo que o per odo de simula o n o seja a totalidade do ano caso contr rio
168. ou simplesmente de enchimento Conforme j mencionado no cap tulo 2 1 2 Normaliza o 2 3 2 Aplica o de bet o leve em elementos n o estruturais A utiliza o do bet o leve n o estrutural tem abrangido diversos dom nios de aplica o desde solu es para alvenaria de enchimento com fins t rmicos regulariza o de pendentes pain is de enchimento e isolamento de cobertura pavimentos e pisos A produ o de blocos de alvenaria e pain is pr fabricados autoportantes com fun o de isolamento t rmico s o as aplica es mais correntes Atualmente no sector da constru o tem se assistido ao aumento dos requisitos de qualidade dos produtos de constru o particularmente em termos das suas propriedades t rmicas Arsenovic Lalic e Radojevic 2010 Para a mesma resist ncia os blocos de alvenaria de bet o leve s o menos pesados do que as solu es tradicionais de alvenaria de tijolo reduzindo a in rcia e o custo de labora o dos edif cios Roberts 1997 Os blocos aplicados na envolvente de edif cios s o produtos nos quais o desempenho t rmico ac stico e de estanquidade gua preponderante O bet o leve dadas as suas caracter sticas garante um bom comportamento aos produtos que o incorporam Estes blocos s o multi c mara ou maci os e possuem normalmente elevados desempenhos termo higrom tricos T m normalmente espessuras acima dos 25 cm e podem ter tamb m fun es estruturais Louren o e S
169. ousa 2002 Os blocos aplicados na compartimentac o interior de edif cios possuem espessuras que variam entre 8 e 15cm n o t m qualquer fun o estrutural e distinguem se sobretudo pela sua leveza exigido um bom desempenho no que respeita ao isolamento ac stico podendo dispensar o uso adicional de isolamento nas paredes Louren o e Sousa 2002 A produ o de bet o com diatomite permite obter um bet o leve de baixa resist ncia com boas propriedades de isolamento t rmico A diaomite altamente absorvente leve e de natureza fluida Devido a estas propriedades nicas a produ o de blocos de bet o leve com diatomite permite solu es de elevado isolamento t rmico e reduzido peso pr prio Unal Uyguniglu e Yildiz 2005 30 Atualmente a aplica o mais comum do bet o leve em solu es n o estruturais sendo cada vez mais utilizado na reabilita o de estruturas existentes nomeadamente pavimentos devido s suas caracter sticas de leveza boa resist ncia ao fogo isolamento t rmico e ac stico 2 3 3 Aplica o de bet o leve em elementos estruturais Os benef cios do bet o estrutural de agregados leves tendem a ser mais significativo para estruturas em solu es onde o peso pr prio condicionante e a capacidade do solo de funda o relativamente reduzida O bet o leve possibilita a constru o em solos com menor capacidade de suporte ou exigindo funda es menos complexas e mais econ micas
170. p opepissodoN Op IPPPISSIDIN W YM gt OJUIUINDI JIJ ap pep ss 2 N 2 Seco E Saturado 2 Seco Copenhaga no per odo anual g Londres no per odo de Ver o h Londres no 86 E Saturado per odo de Ver o b Berlim no per odo anual c Sofia no per odo de Ver o d Sofia no per odo anual e Figura 4 23 Necessidades nominais de energia til para arrefecimento para as cidades europeias a Berlim no Copenhaga no per odo de Ver o f per odo anual Analisando as localidades europeias verifica se que as necessidades energ ticas de aquecimento no per odo de Inverno utilizando o coeficiente de condutibilidade t rmica do bet o em estado seco Figura 4 22 apresentam valores entre entre 41 57 e 41 92 kWh m consoante o tipo de bet o normal e entre 37 08 e 40 28 kWh m consoante o tipo de bet o leve para a cidade de Londres entre 56 10 e 56 54 kWh m consoante o tipo de bet o normal e entre 50 45 e 54 48 kWh m consoante o tipo de bet o leve para Sofia 58 92 e 59 41 kWh m consoante o tipo de bet o normal e entre 52 74 e 57 12 kWh m consoante o tipo de bet o leve para Berlim e entre 60 75 e 61 25 kWh m consoante o tipo de bet o normal e entre 54 00 e 58 73 kWh m consoante o tipo de bet o leve para Copenhaga que representa em m dia cerca de 6 0 8 1 8 5 e 8 8 vezes as necessidades energ ticas de aquecimento de Lisboa respetivamente Copenhaga a localidade com maior latitude e logo apresenta as maiores
171. penho t rmico de edif cios com elementos estruturais em bet o leve Este trabalho procura numa primeira fase caracterizar experimentalmente o comportamento mec nico e t rmico de bet es normais e betoes leves Na campanha experimental verificou se que os bet es leves comparativamente aos bet es normais de composi o semelhante apresentaram menor massa vol mica e menor resist ncia compress o e a trac o por compress o diametral O bet o leve por ser constitu do por agregados de menor massa volumica apresenta menor coeficiente de condutibilidade t rmica sendo uma solu o com melhores caracter sticas de isolamento t rmico Para avaliar os benef cios t rmicos na utiliza o de bet es leves nos elementos estruturais da envolvente dos edif cios foi realizado numa segunda fase um conjunto de simula es energ ticas Nestas simula es foram utilizados os resultados experimentais de condutibilidade t rmica de calor espec fico e de massa volumica obtidos para 4 betoes leves e 3 bet es normais Foi ainda avaliado o desempenho destes diferentes bet es para 12 localidades com diferentes condi es clim ticas Verificou se que as necessidades de arrefecimento e aquecimento s o em geral menores nos bet es leves do que nos bet es normais de composi o semelhante Ao comparar os bet es leves com os bet es normais de composi o semelhante verifica se uma redu o das trocas de calor atrav s dos elementos estru
172. presentar fun o estrutural de isolamento t rmico ou de enchimento A aplica o deste tipo de bet o tem grandes vantagens sobretudo em estruturas onde a redu o de carga permanente um factor condicionante para a sua viabilidade t cnica e econ mica como sucede em pontes edif cios de grandes dimens es ou em obras de reabilita o O aparecimento do bet o leve estrutural ainda importante em estruturas flutuantes e portu rias por apresentarem maior flutuabilidade Em geral atribu do ao bet o leve comparativamente com o bet o convencional maior capacidade de isolamento menor impacte na demoli o maiores ndices de conserva o de energia menores exig ncias de transporte elevada efici ncia e durabilidade das estruturas Neste trabalho pretende se contribuir para o melhor dom nio e conhecimento dos bet es estruturais de agregados leves nomeadamente no que se refere ao seu desempenho em termos de isolamento t rmico 1 2 OBJECTIVOS O presente trabalho tem como o principal objetivo analisar solu es estruturais alternativas ao bet o convencional que visam alcan ar um melhor desempenho energ tico dos edif cios sem comprometer de foram significativa a seguran a e o comportamento estrutural dos mesmos Assim pretende se avaliar o comportamento t rmico e energ tico de edif cios com solu es estruturais em bet o leve Para tal numa primeira fase do trabalho ser efectuada uma campanha expe
173. procedimentos e Prensa hidr ulica de 4 colunas com capacidade de 3000 KN conforme com a norma NP EN 12390 4 Figura 3 10 e Posicionador composto por estrutura de suporte dos provetes em a o Figura 3 11 e Figura 3 12 e Pe a em a o para transmiss o de carga e Faixas de cart o prensado e Pano para limpeza dos provetes Legenda Pe a em a o para aplica o da carga 2 Faixas de cart o prensado Figura 3 10 Esquema ilustrativo de um posicionador NP EN 12390 6 92 EE EE 4 o PA j J 5 j 7 e 4 d o JAT RO E q Pha gt A Figura 3 11 Posicionador Figura 3 12 Posicionador na prensa hidr ulica de 4 colunas 3 7 2 4 Procedimento de ensaio O ensaio de compress o diametral foi realizado em 3 provetes cil ndricos com um di metro de 150 mm e 300 mm de altura Os bet es foram curados at a idade de ensaio que ocorreu aos 28 dias Os ensaios foram realizados de acordo com o seguinte procedimento e Ap s o per odo de cura retira se o provete do ambiente de cura e Remove se o excesso de humidade e ou sujidade do provete e Limpam se cuidadosamente todas as superf cies da maquina de ensaio e Posiciona se as faixas de cart o prensado e a peca de carga ao longo do topo e da base do plano de carregamento do provete e Coloca se o provete em posi o central na m quina de ensaio usando o posicionador Figura 3 12 e Aplica se a carga a uma velocidade constante de 0 04 a 0
174. quil brio t rmico A transmiss o de energia sob forma de calor processa se de tr s formas distintas condu o convec o e radia o condu o e convec o requerem de um meio material para ocorrerem s lido fluido e a radia o n o necessita De seguida ser o descritos estes fen menos de transmiss o de calor com mais pormenor 2 2 1 1 Condu o A transmiss o de calor por condu o ocorre por meio do contacto de mol culas de elementos que se encontram a temperaturas diferentes e est normalmente associada aos materiais em estado s lido embora tamb m esteja presente em fluidos A transmiss o de calor por condu o corresponde densidade do fluxo de calor que atravessa a espessura de um corpo O fluxo de calor por condu o transmitido da regi o com temperatura mais elevada para a regi o com temperatura mais baixa Mimoso 1987 A principal caracter stica da condu o a transfer ncia de energia sem simult nea transfer ncia de mat ria Piedade 1980 20 Existem v rios factores que influenciam a quantidade de calor que atravessa um certo elemento s lido sendo fun o do material que o constitui da espessura do elemento e do gradiente de temperatura A condutibilidade t rmica uma grandeza f sica que indica se o material melhor ou pior condutor de calor Define se por condutibilidade t rmica a quantidade de calor que atravessa um cubo com um metro de aresta submetido a um gr
175. refer ncia com agregados normais ser o definidos na campanha experimental que tem em considera o diferentes composi es pr definidas No programa EnergyPlus s o introduzidas as caracter sticas relativas ao edif cio como a sua geometria os materiais constituintes e suas propriedades a localiza o os dados clim ticos e o programa por sua vez devolve diversos resultados sobre o comportamento t rmico e energ tico dos edif cios O programa oferece a possibilidade de se escolher o intervalo de tempo pretendido para a simula o din mica o que permite analisar o comportamento t rmico e energ tico do edif cio ao longo do tempo A an lise t rmica dos casos de estudo visa contribuir para um melhor conhecimento do desempenho t rmico e efici ncia energ tica das solu es em bet o leve em edif cios comparativamente com edif cios com solu es tradicionais Para a concretiza o do objetivo principal o estudo foi realizado de acordo com as seguintes etapas e Caracteriza o mec nica e t rmica dos bet es leves produzidos e compara o face aos bet es de refer ncia com agregados normais e Avalia o e an lise do consumo energ tico nos v rios cen rios do caso de estudo para as esta es de aquecimento e arrefecimento e An lise das trocas de calor nos cen rios analisados do caso de estudo para as esta es de aquecimento e arrefecimento e Compara o dos consumos energ ticos e das trocas de
176. ribui o solar que caracteriza a forma como a radia o refletida pela superf cie exterior e como refletida ou absorvida a radia o atrav s dos envidra ados a op o escolhida de Full Interior and Exterior em que o programa assume que a 69 radia o solar absorvida pelos elementos no interior do edif cio depende da absort ncia dos mesmos e tem em considera o todos os sombreamentos O Warmup tem o objetivo de assegurar a converg ncia da simula o Para os par metros de converg ncia das cargas t rmicas e da temperatura em Loads Convergence Tolerance Value admitiu se um desvio m ximo de 0 04 W e em Temperature Convergence Tolerance Value admitiu se um desvio maximo de 0 4 C O numero de dias m nimo e m ximo para o Warmup Minimum Number of Warmup Days e Maximum Number of Warmup Days foram de 6 e 25 respetivamente 4 2 1 4 Shadow Calculation No shadow calculation foram utilizados os valores por defeito do programa O m todo de c lculo escolhido para controlar as sombras atrav s do movimento solar foi Average Over Days In Frequency Frequ ncia m dia durante os dias com uma frequ ncia de c lculo de 20 dias Significa que neste intervalo de tempo ser o usados valores m dios da posi o do sol e da rea de superf cie exposta radia o solar 4 2 1 5 Surface Convection Algorithm Inside and Outside No campo Surface Convection Algorithm Inside permite controlar o modelo de c lculo para
177. rimental que visa a caracteriza o f sica mec nica e t rmica de bet es produzidos com agregados de argila expandida comercialmente dispon veis a n vel Nacional bem como bet es de refer ncia produzidos com agregados de massa vol mica normal Ser o analisados bet es com diferentes rela es a c de modo a abranger misturas correntes de diferentes classes de resist ncia De modo a optimizar o n vel de efici ncia em termos de isolamento t rmico ser o ainda caracterizados bet es produzidos com incorpora o de areias leves Nesta fase ser efectuada a caracteriza o dos materiais utilizados bem como a caracteriza o dos bet es produzidos em termos de massa vol mica resist ncia compress o e tra o m dulo de elasticidade e coeficiente de condutibilidade t rmica A avalia o do desempenho t rmico das solu es preconizadas realizada atrav s da utiliza o de um programa inform tico de simula o din mica do desempenho t rmico e energ tico de edif cios designado por EnergyPlus Como objeto de estudo utilizar se a uma frac o aut noma de um edif cio e ser o realizadas simula es energ ticas para v rias localidades com diferentes condi es clim ticas e para uma gama de solu es para os elementos estruturais da envolvente exterior com diferentes tipos de bet o normal e leve As caracter sticas t rmicas e mec nicas do bet o leve a avaliar no presente trabalho bem como os de bet o de
178. rio utilizar materiais de isolamento t rmico nas solu es construtivas caracterizados por condutibilidades t rmicas inferiores a 0 065 W m C Piedade Moret e Roriz 2003 As pontes t rmicas nos elementos estruturais s o bastante menos importantes nos bet es com agregados leves demonstrando benef cios em termos econ micos e energ ticos Nas solu es construtivas com estes bet es poss vel reduzir a quantidade de isolamento t rmico adicional nos elementos estruturais ou at mesmo evitar a sua utiliza o O isolamento t rmico pode ser aplicado de formas diferentes no caso das paredes o isolamento t rmico aplicado no exterior apresenta vantagens como a redu o de pontes t rmicas manuten o da rea til protec o das fachadas e aumento da in rcia t rmica outra op o aplica o de isolamento t rmico na caixa de ar em paredes duplas esta apresenta a vantagem do vapor de gua condensar na caixa de ar e desde modo n o afetar os paramentos interiores e exteriores Podem ser utilizados varios tipos de materiais isolantes tanto nas coberturas como nas paredes desde aglomerados de corti a las minerais poliestireno expandido e extrudido entre outros optando se pelo mais adequado para solu o construtiva adoptada e a sua compatibilidade com os materiais em contacto Nos pavimentos deve se ter maior aten o na sua solu o sobretudo nos pavimentos em contacto com solo 2 2 4 2 In rcia T rmica A
179. rmaduras de pr esfor os e ordin ria a maior resist ncia de a o s smica o maior tempo de exposi o ao fogo o aligeiramento dos elementos met licos em estruturas mistas a o BEAL e a sua not vel durabilidade baixa permeabilidade e resist ncia a corros o e a o gelo degelo traduzem o enorme potencial do uso de bet o de agregados leve na concep o de estruturas Os bei es leves por apresentarem uma elevada redu o no m dulo de elasticidade pode condicionar a sua utiliza o A menor rigidez destes bet es pode implicar um aumento das sec es dos elementos estruturais quando a deforma o condicionante Verifica se que quanto menor a massa vol mica dos agregados maior o aumento da altura exigida para os elementos estruturais mas maior a redu o no peso global Conforme o ITE 50 verifica se que a utiliza o de BEAL pode conduzir a solu es construtivas com resist ncias t rmicas 2 5 vezes superiores e coeficiente de transmiss o t rmica de aproximadamente 31 metade face aos bet es convencionais BAN Ugga 0 45 0 60 Ugan Isto demonstra a maior potencialidade dos bet es leves no cumprimento das exig ncias funcionais de isolamento t rmico De forma indicativa uma parede de bet o leve com 0 4 m de espessura corresponde aproximadamente a um parede de bet o com 1 m de espessura ou uma parede simples de tijolo furado com 0 2 0 24 m de espessura ITE50 2006 em termos de capa
180. s opacas Renova o de ar Renova o de ar a a 7 Ganhos internos 5 e f Figura 4 35 Trocas de calor na esta o de arrefecimento de S o Paulo a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do bet o BL 4 Analisando a Figuras 4 34 em Hong Kong as perdas de calor pelos v os envidra ados o peso mais relevante nas perdas totais de calor para os diferentes tipos de bet o superior a 70 A cidade de Hong Kong na esta o de Ver o representa em m dia cerca de 0 6 das perdas totais de calor nessa esta o na cidade de Lisboa Ao comparar os bet es leves com os bet es normais de composi o semelhante constata se uma ligeira redu o de 0 04 kWh de perda de calor atrav s da envolvente opaca De facto a temperatura m dia de Ver o de Hong Kong de cerca de 28 C pr xima da temperatura de conforto que conduz uma reduzida perda de calor atrav s da envolvente opaca Na an lise de compara o entre os bet es normais e leves de composi o semelhante a localidade de S o Paulo apresentam uma redu o de 8 no valor da perda de calor atrav s dos elementos estruturais que representa uma poupan a de cerca de 9 kWh ao utilizar o bet o leve Em rela o aos ganhos na esta o de arrefecimento a cidade Hong Kong apresenta uma melhor distribui
181. s parcelas das perdas e ganhos de calor na esta o de Ver o para as cidades europeias Copenhaga e Londres 97 Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Ganhos internos Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Ganhos internos Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Ganhos internos Figura 4 32 Trocas de calor na esta o de arrefecimento de Copenhaga a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do bet o BL 4 e Envidracados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Renova o de ar Ganhos internos Envidra ados Pilares Vigas Restantes zonas opacas Ganhos internos Figura 4 33 Troca
182. s de calor na esta o de arrefecimento de Londres a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do bet o BL 4 98 Analisando as Figuras 4 32 a 4 33 verifica se que tamb m para a esta o de arrefecimento tanto a renova o de ar como as perdas pelos v os envidra ados continuam a ser um peso relevante nas perdas totais de calor para os diferentes tipos de bet o A renova o de ar apresenta um peso percentual de perda de calor superior a 50 Comparando se os bet es normais com os bet es leves de composi o semelhante as cidades europeias de Copenhaga e Londres apresentam uma redu o no valor da perda de calor atrav s dos elementos estruturais da envolvente de cerca de 20 e 18 que representa uma poupan a de 87 kWh e 65 kWh ao utilizar o bet o leve respectivamente Ao comparar os resultados dos ganhos de calor do bet o normal com os de bet o leve de composi o semelhante as cidades europeias de Copenhaga e Londres apresentam uma redu o dos ganhos de calor atrav s dos elementos estruturais de cerca de 12 e 15 o que representa uma poupan a de cerca de 9 e 18 kWh respectivamente ao utilizar o bet o leve Nas Figuras 4 34 e 4 35 apresentam se o peso percentual na esta o de arrefecimento das diferentes parcelas de perdas e ganhos de calor na esta o de Ver o
183. s de se proceder desmoladagem Ap s a desmoldagem os provetes foram identificados e curados em ambiente de humidade relativa superior a 95 at idade de ensaio 3 6 ENSAIOS DO BET O NO ESTADO FRESCO No presente trabalho foram realizados os ensaios de abaixamento e de massa vol mica do bet o no estado fresco referidos nos pontos em seguida 3 6 1 Ensaio de abaixamento 3 6 1 1 Objectivo e norma do ensaio Foi adoptado o procedimento de ensaio especificado na norma NP EN 12350 2 2002 Ensaio do bet o fresco Parte 2 Ensaio de abaixamento O objectivo principal deste ensaio determinar um par metro relacion vel com a trabalhabilidade do bet o em estudo Os bet es foram produzidos de modo a apresentarem um abaixamento de 120 20 mm 3 6 1 2 Procedimento de ensaio Foi adoptado o seguinte procedimento e O ensaio inicia se com uma molhagem pr via do molde tronco c nico e a placa met lica deixando se de seguida escorrer a gua e Ap s a pr molhagem do material preenche se o molde com a amostra recolhida o enchimento deve ser realizado em tr s camadas iguais a sensivelmente um ter o da altura do molde ap s o enchimento de cada camada compacta se a amostra com 25 pancadas verticais com o aux lio do var o de compacta o Figura 3 6 durante todo o processo deve manter se fixo o molde contra a placa com os p s sobre as abas e Retira se o funil e rasa se a superf cie de bet o com uma colher
184. s maiores valores para a cidade de Bragan a entre 27 23 e 27 48 kWh m consoante o tipo de bet o normal e entre 23 96 e 26 33 kWh m consoante o tipo de bet o leve representando em m dia 4 vezes as necessidades energ ticas de aquecimento de Lisboa O Porto apresenta em m dia uma necessidade energ tica de aquecimento 50 superior de Lisboa enquanto a cidade de Faro apresenta os menores valores de necessidades energ ticas de aquecimento entre 2 98 e 3 04 kWh m consoante o tipo de bet o normal e entre 2 27 e 2 81 kWh m consoante o tipo de bet o leve que representa em m dia 41 das necessidades energ ticas de aquecimento de Lisboa Como seria de esperar as localidades com as condi es clim ticas mais severas no per odo de Inverno apresentam maiores consumos energ ticos de aquecimento A Figura 4 20 apresenta a percentagem de redu o de consumo energ tico de aquecimento ao se utilizar o bet o leve em vez de um bet o normal de composi o semelhante 5 20 00 o E 15 00 VU D 10 00 5 5 00 E E 12 th Pe Ea E ml pe od e O Pato iets KY sree BN2 BL2 BN3 BL3 BL3 BL4 Q Faro 11 74 9 50 7 43 19 33 O 3 E Lisboa 10 08 8 27 6 58 15 74 aB amp E Porto 7 94 6 55 5 27 12 06 Bragan a 6 21 5 17 4 20 8 98 EiFaro ELisboa ElPorto Bragan a Figura 4 20 Percentagem de redu o das necessidades energ ticas de aquecimento entre o bet o leve e normal de composi o semelhante e entre BL 3 e B
185. s per Person W person Return Air Fraction Fraction Radiant Fraction Visible Fraction Replaceable End Use Subcategory Lights Return Air Fraction Calculated from Plenum Temperatur Return Air Fraction Function of Plenum Temperature Co Return Air Fraction Function of Plenum Temperature Co 1 K Figura 4 14 Preenchimento do campo Light no objeto Internal Gain 4 2 7 Zone Airflow A ventila o natural desempenha um factor importante no balan o energ tico dos edif cios uma vez que a renova o de ar e as necessidades de aquecimento e arrefecimento sofrem altera es No Ver o a ventila o ben fica para a qualidade do ar e a manuten o de uma temperatura de conforto dos edif cios Por outro lado no Inverno a ventila o desfavor vel contribuindo para exist ncia de perdas de calor adicionais O campo utilizado para indicar o caudal de ventila o foi Zone Ventilation Design Flow Rate Figura 4 15 E C Users Markus Desktop geometria_final idf Co JCE eee Die New Obj Dup Obj Del Obj Copy Obj Class List Comments from IDF Explanation of Object and Cu Schedule fraction v Ventilacao Zone or ZoneList Name Zona Schedule Name Aberto Design Flow Rate Calculation Method AirChanges Hour Design Flow Rate Flow per Zone Floor rea Flow per Exterior Surface Area Air Changes per Hour Constant Term Coefficient Temperature Term Coefficient Velocity Term Coefficient Velocity Squared Term Coeffic
186. s redu es na resist ncia a trac o Newman 1993 Bogas 2011 2 1 5 3 Propriedades de isolamento t rmico A condutibilidade t rmica A define se como a quantidade de calor que atravessa um cubo com um metro de aresta quando se submetem as suas faces opostas a uma diferen a de temperatura de 1 C durante 1 segundo A condutibilidade t rmica do bet o depende principalmente da sua massa vol mica e do seu teor de humidade mas tamb m influenciada pelo tamanho e distribui o dos poros pela composi o qu mica e textura dos componentes s lidos cristalina amorfa gasosa e pela temperatura Os materiais cristalinos exemplo quarizo conduzem melhor o calor do que os materiais amorfos exemplo vidro Os materiais v treos exemplo esc ria de alto forno possuem particularmente baixa condutibilidade t rmica Apesar do teor em gua ter influ ncia na massa vol mica este assume maior relev ncia na varia o da condutibilidade t rmica A um acr scimo de 1 no teor de gua corresponde um aumento cerca de 5 a 9 na condutibilidade t rmica Holm e Bremner 2000 Os ensaios com temperatura que variem 17 entre os 20 e 60 C indicam que o coeficiente de condutibilidade t rmica do bet o afetado levemente pelas mudan as de temperaturas O bet o leve por ser constitu do por agregados de menor massa vol mica apresenta menor coeficiente de condutibilidade t rmica sendo uma solu o com melhores caracter sti
187. side Boundary Condition Object Sun Exposure SunExposed SunExposed SunExposed SunExposed SunExposed Wind Exposure WindE xposed WindE xposed WindE xposed WindE xposed WindE xposed View Factor to Ground Number of Vertices Vertex 1 X coordinate m 0 2 4 35 TM 74 7 4 Vertex 1 Y coordinate m 0 0 0 6 6 9 11 7 Vertex 1 Z coordinate m 24 24 24 24 2 4 Vertex 2 X coordinate m 0 2 4 35 TM 7 4 74 Vertex 2 Y coordinate m 0 0 0 6 6 9 11 7 Vertex 2 Z coordinate m 0 0 0 0 0 Vertex 3 X coordinate m 415 7 2 7 4 74 74 Vertex 3 Y coordinate m 0 0 6 3 11 1 17 4 Vertex 3 Z coordinate m 0 0 0 0 0 Vertex 4 X coordinate m 415 v2 7 4 74 7 4 Vertex 4 Y coordinate m 0 0 6 3 11 1 17 4 Vertex 4 Z coordinate m 24 24 24 24 24 4 1141 energy idd EnergyPlus 8 1 0 009 Parede 1 Figura 4 11 Campos de entrada de Building Surface Detailed 4 2 5 4 Window Property Shading Control O objeto Window Property Shading Control respons vel pela definic o da calendarizac o do sistema de protecc o dos v o envidracados Figura 4 12 sendo necess rio definir os seguintes par metros e Name O nome do controlo da protec o escolhido foi SolarControl e Shading Type O tipo de sombreamento dos v os envidra ados exterior e Shading Control Type O tipo de controlo da protec o utilizado On If High Outdoor Air com Set point de 25 C No campo de entrada Shading Device Material Name indica se o tipo de protec o dos v os envidracados definidos n
188. sivos As plataformas offshore s o exemplos de que as estruturas com bet o de agregados leves podem ter bom desempenho s a es a que est o sujeitas A maioria das plataformas flutuantes s o constru das em estaleiro sendo posteriormente transportadas para o local desejado logo necess rio reduzir o seu peso principalmente se no percurso tiver de atravessar zonas de baixa profundidade Verifica se que vantajoso na conce o destas estruturas recorrer integral ou parcialmente a bet es de agregados leves de elevado desempenho por estarem sujeitas a ambientes agressivos Holm e Bremner 1992 Malhotra 1987 A plataforma Hibernia na Am rica do Norte uma das obras mais significativas neste dom nio tendo sido fundada com cerca de 80 m de profundidade Utilizou se um bet o de massa vol mica modificada constitu do por uma mistura de 50 de xisto expandido com 50 de agregados de massa vol mica normal conferindo lhe uma resist ncia compress o de 80 MPa e uma massa vol mica de aproximadamente 2200 kg m sem alterar significativamente as suas caracter sticas mec nicas Maage 1998 Figura 2 4 Plataforma Hibernia Bogas 2011 Conforme mencionado a maioria destas estruturas s o dimensionadas para per odos de vida relativamente longos em condi es ambientais severas destacando a capacidade resistente e a durabilidade dos BEAL 10 2 1 4 Principais propriedades dos agregados leves A resist ncia c
189. t o leve em compara o com a solu o de bet o normal de composi o semelhante ES 6 00 Al 80 5 00 de ran de 4 U Ea E 4 00 na ee E 3 00 E 5 ra a 2 00 ods ell Be O ef D 1 00 pe E no ea ES so pes as pe 0 00 5 20 BN1 BL1 BN2 BL2 BL3 BL4 3 E Lisboa 4 37 3 63 2 89 6 42 E E Faro 4 16 3 50 2 86 5 68 El Bragan a 3 66 3 00 2 30 5 61 El Porto 1 51 1 03 0 80 2 97 Figura 4 21 Percentagem de reduc o das necessidades energ ticas de arrefecimento entre o bet o leve e normal de composic o semelhante Verifica se que as percentagens de reduc o de consumo energ tico de arrefecimento s o em geral menores do que as de aquecimento e que Lisboa apresenta se como a localidade nacional com maiores percentagens de reduc o de consumos energ ticos de arrefecimento e o Porto apresenta se a cidade nacional com as menores percentagens de reduc o de consumos energ ticos no per odo de Ver o quando se coloca um bet o leve em vez de um bet o normal de composic o semelhante No entanto ao analisar as localidades pelos valores absolutos de poupanca de consumo energ tico verifica se que Faro a localidade com as maiores poupan as entre os bet es leves e normais de composi o semelhante e entre BL 3 e BL 4 em seguida Lisboa sendo o Porto a localidade com os menores valores absolutos de poupan a de consumos energ ticos Nas figuras 4 22 e 4 23 apresentam se respectivamente as necessidades energ ti
190. ta of energy simulations On these simulations was used the experimental results of thermal conductivity specific heat and density obtained for 4 lightweight concrete and 3 normal concrete It was evaluated the thermal performance theses different concrete for 12 locations with different climatic conditions lt was verified that cooling and heating energy in general they are lower for lightweight concretes in relation with the normal concretes of similar composition In comparing of heat exchanges between the normal and lightweight concretes of similar composition the lightweight concretes showed a reduction of the heat exchanges through the structural elements of the building external envelope The structural lightweight concretes provide constructive solutions for improving thermal performance to minimize the heat exchanges and to save energy necessary to guarantee the intended comfort levels Keywords lightweight concrete energy simulation of buildings heat exchanges thermal performance AGRADECIMENTOS O presente estudo contou com a contribui o e apoio de v rias pessoas a quem desejo expressar os meus sinceros agradecimentos Em primeiro lugar gostaria de agradecer o Prof Jos Alexandre Bogas que com o seu vasto conhecimento em bet es leves estruturais e a sua capacidade de investiga o me orientou no desenvolvimento deste trabalho e a Prof Maria Gl ria Gomes co orientadora deste estudo cuja experi ncia e amplos conheci
191. tao leve BL 4 comparativamente aos outros bet es BN 1 e BL 1 apresenta uma redu o de perda de calor da envolvente atrav s dos elementos estruturais de 47 kWh e 32 kWh respectivamente Nos ganhos de calor na esta o de arrefecimento Figura 4 31 b d e f observa se uma contribui o significativa dos ganhos internos e pelos v os envidra ados em todos os tipos de bet o Comparativamente esta o de Inverno verifica se uma redu o significativa nos ganhos atrav s dos v os envidra ados e uma maior contribui o dos ganhos atrav s da envolvente opaca e da renova o de ar Ao comparar os resultados dos ganhos de calor dos bet es normais com os de bei es e leves de composi o semelhante verifica se que os ganhos de calor que se altera mais significativamente atrav s dos elementos estruturais da envolvente exterior ao utilizar o bet o leve O bet o leve BL 1 apresenta se uma redu o no valor dos ganhos de calor atrav s dos elementos estruturais da envolvente exterior cerca de 22 o que representa uma poupan a de cerca de 112 kWh em rela o ao bet o normal de composi o semelhante O bet o leve BL 4 comparativamente aos outros bet es BN 1 e BL 1 apresenta uma redu o percentual dos ganhos de calor da envolvente atrav s dos elementos estruturais com redu o de 227 kWh e 116 kWh respectivamente Nas Figuras 4 32 e 4 33 apresenta se o peso percentual na esta o de arrefecimento das diferente
192. terial AirGap O campo Material Air Gap utilizado para caracterizar os espa os vazios entre dois materiais opacos e ser usado no presente trabalho para caracterizar o espaco de ar entre a laje e o teto falso A resist ncia t rmica do ar utilizada foi de 0 15 m K W 4 2 4 3 Window Material Glazing e Blind No campo Window Material Glazing s o definidas as caracter sticas dos v os envidracados O tipo de v o envidracado utilizado foi o vidro duplo constitu do por dois vidros simples de 4mm separados por 12 mm de caixa de ar Para as caracter sticas do vidro simples pode recorrer se a base de dados dispon vel na pasta Data Set do programa 73 4 2 4 4 Window Material Blind A protec o solar do v o envidra ado definida no campo Window Material Blind No presente trabalho considera se que a protec o solar composta por estores venezianos met licos de cor branca As caracter sticas necess rias para definir a protec o solar s o orienta o das l minas slat orientation largura das l minas slat width separa o entre as l minas slat separation espessura das l minas slat thickness ngulo das l minas slat angle condutibilidade t rmica das l minas slat conductivity transmit ncia solar directa e difusa e vis vel directa e difusa das laminas slat beam solar difuse solar beam visible and diffuse visible transmittance refletancia solar directa e difusa e vis vel directa e difuso da face
193. tiva estimada pela seguinte express o 43 Onde V Dosagem de agua em m M Massa de cimento em kg m Quadro 3 4 Dosagem de gua consoante a rela o a c 3 4 2 2 Volume total de areia O volume de areia por metro c bico de bet o pode ser calculado recorrendo seguinte express o Vagregado grosso Es Vareia total Vcimento Var T V gua 1 3 m Vareia total t Vagregado grosso Vcimento Var V gua n3 3 8 O volume ocupado pelas part culas de cimento por metro c bico de bet o pode ser calculado recorrendo seguinte express o D V 5 3 9 3100 kg m massa espec fica do cimento utilizado na campanha experimental 3 4 2 3 Composi es utilizadas No Quadro 3 5 resumem se as composi es dos diferentes tipos de bet es produzidos para cada rela o a c Quadro 3 5 Dosagem dos constituintes dos bet es V Agregado M cimento V gua V areia grossa V areia fina a kg m I m I m I m 2 350 350 210 198 09 E 035 350 450 1575 212 10 3 4 3 Bet o de refer ncia A composi o granulom trica dos agregados grossos utilizados nos bet es de refer ncia foi definida de modo a ser id ntica dos agregados grossos de Leca Assim a propor o de bago de arroz e de brita foi definida de modo a que a curva granulom trica da mistura fosse ajustada curva granulom trica da Leca A curva granulom trica da mis
194. tura determinada de acordo com a seguinte express o 44 Vo RBagoX VR grita 1 x 3 10 Onde Rgago Percentagem de bago de arroz acumulado no peneiro i Rgrita Percentagem de brita acumulada no peneiro i x Propor o de bago de arroz na mistura O valor de x foi calculado de forma iterativa de modo a se atingir o menor desvio quadr tico acumulado entre a curva da brita composta bago de arroz e brita 1 e a curva granulom trica da Leca Quadro 3 6 Curva granulom trica da brita composta bago de arroz e brita 1 X 0 300 Brita 2 100 0 100 0 00 16 0 2 1 oo 62 80 662 657 1112 56 4 2 O 05 Peneiros mm Tor os 051 or 02 001 or oa 00 Na Figura 3 5 apresenta se a curva granulometrica da Leca e da brita composta por bago de arroz e brita 1 sendo que as abcissas representam a dimens o das part culas em escala logaritmica e as ordenadas a percentagem de material que passa em cada um dos peneiros r x toed O U c U o O O N QU gt 0 Sm du O O N N o Te Z U lt Dimens o do agregado mm brita composta Leca Figura 3 5 Curva granulometria da brita composta 45 Assim de acordo com a metodologia utilizada optou se por definir uma brita composta por 30 de bago de arroz e 70 de brita 1 3 4 4 Defini o das misturas No Quadro 3 7 apresenta se a massa dos constituintes do b
195. turais da envolvente exterior Os bet es leves estruturais permitem assim solu es construtivas com melhor comportamento t rmico no sentido que permitem minimizar as trocas de calor e reduzir o consumo energ tico necess rio para garantir o conforto t rmico pretendido Palavres chaves bei o leve simula o energ tica trocas de calor desempenho t rmico ABSTRACT The buildings are responsible for a great part of energy needs being therefore very important increase its energy efficiency One of the following strategies for increase the energy efficiency of buildings involves improving of the thermal envelope of buildings The present study intends to analyze the thermal performance of buildings with structural elements in lightweight concrete This study in the first stage seeks to characterize experimentally the mechanical and thermal behavior of the normal and lightweight concrete This program it was observed that the lightweight concretes compared with normal concretes of similar composition have low density and show a reduction of the mechanical resistance axial compression and traction by diametrical compression The lightweight concrete made of lower density aggregates has a lower thermal conductivity coefficient making it a better solution for thermal isolation To assess the thermal benefits in the use of lightweight concrete in structural elements of the building envelope it was conducted in the second stage a da
196. ura 4 31 Trocas de calor na esta o de arrefecimento de Lisboa a Perdas de calor do bet o BL 1 b Ganhos de calor do bet o BL 1 c Perdas de calor do bet o BN 1 d Ganhos de calor do bet o BN 1 e Perdas de calor do bet o BL 4 f Ganhos de calor do bet o BL 4 Na esta o de arrefecimento Lisboa Figura 4 31 a c e e apresenta um acr scimo nas perdas de calor atrav s dos envidra ados em termos percentuais comparativamente esta o de Inverno ao contr rio das perdas atrav s dos elementos estruturais da envolvente em que se verifica uma redu o quer em termos absolutos como percentuais 96 Verifica se que tamb m para a esta o de arrefecimento tanto a renova o de ar como as perdas pelos v os envidra ados continuam a ser um peso relevante nas perdas totais de calor para os diferentes tipos de bet o As perdas de calor pela renova o de ar o peso mais relevante nas perdas totais de calor superior a 50 O bet o leve BL 1 apresenta uma redu o no valor da perda de calor atrav s dos elementos estruturais da envolvente exterior de cerca de 10 o que representa uma poupan a superior a 15 kWh em rela o ao bet o normal de composi o semelhante Ao comparar os bet es leves com os bet es normais de composi o semelhante verifica se que a redu o da perda de calor da envolvente opaca da frac o aut noma exclusivamente atrav s dos elementos estruturais pilares e vigas O be
197. uras Este fen meno pode ocorrer naturalmente e processar se atrav s de aberturas na envolvente que s o control veis pelos utilizadores janelas e portas ou n o control veis como as infiltra es nas juntas ou ent o ser imposto por meios mec nicos Nos edif cios estas trocas podem verificar se tanto entre o ambiente exterior e o interior assim como no ambiente interior entre volumes de ar com temperaturas diferentes Q PC V Oe O W 2 5 Onde p Massa espec fica do fluido exterior par 1 2 kg m Cp Calor espec fico do fluido exterior Cp ar 1000 J kg C 9 Temperatura exterior C O Temperatura interior C V Caudal da ventila o V Rph X V W onde Rpn O n mero de renovac o horas h V o volume do espa o m 2 2 1 3 Radia o A transmiss o de calor por radia o de natureza diferente das anteriores uma vez que n o necessita de um suporte f sico para ocorrer Todos os corpos emitem e recebem radia o e a quantidade de energia emitida apenas fun o da sua temperatura absoluta e das propriedades da sua superf cie O mecanismo de transmiss o caracterizado pelo transporte de energia por ondas eletromagn ticas A lei que rege a quantidade de energia radiada por um corpo negro corpo radiante puro foi estabelecida experimentalmente por Stefan em 1879 e exposta teoricamente por Boltzman em 1884 Mimoso 1987 com a forma Q oAT W 2 6 S
198. ust 2000 Bogas 2013 Nos v rios bet es analisados verificou se existir uma boa rela o entre a resist ncia e a rela o a c pelo menos na gama de valores considerados Como seria de esperar tanto nos bet es normais como nos bet es leves constata se que a resist ncia compress o inversamente proporcional rela o a c 3 9 2 2 Efici ncia estrutural A efici ncia estrutural de um bet o dado pela rela o entre a resist ncia compress o e a massa vol mica traduzindo a potencialidade do bet o em solu es onde a carga permanente relevante Os valores relativos efici ncia estrutural de cada um dos bet es produzidos apresenta se nos Quadro 3 10 Apenas nos bet es com rela o a c elevada a c 0 6 atingiram se solu es mais eficientes nas misturas com agregados leves o que significa a maior apet ncia destes bet es para a produ o de bet es de baixa e moderada resist ncia Nos bet es de elevado a c onde a compacidade da pasta assume um papel mais relevante na resist ncia do que o agregado leve a efici ncia estrutural foi superior nos BEAL De facto nesta situa o a resist ncia condicionado pela pasta e o agregado tem uma maior participa o na redu o da massa vol mica Finalmente a inclus o de areia leve conduz diminui o da efici ncia estrutural resultante da elevada redu o que implicou na resist ncia compress o A utiliza o deste bet o justifica se apenas e
199. v s dos elementos estruturais 4 4 3 Coeficientes de transmiss o t rmica dos elementos estruturais e espessuras m nimas de isolamento t rmico No Quadro 4 2 apresentam se os valores de coeficiente de transmiss o t rmica ver equa o 2 11 no Cap tulo 2 dos elementos estruturais pilares e vigas que constituem zonas de ponte t rmica plana da envolvente opaca vertical exterior Segundo o REH 2013 o coeficiente de transmiss o t rmica das zonas de ponte t rmica plana zonas n o correntes tem de ser limitado ao valor m ximo regulamentar que depende da zona clim tica do local e ao dobro do coeficiente de transmiss o t rmica da zona corrente que neste caso a alvenaria de tijolo Esta verifica o pode ser dispensada sempre que o coeficiente de transmiss o t rmica da zona de ponte t rmica plana seja inferior ou igual a 0 9W m C o que n o o caso O cumprimento deste requisito de qualidade t rmica dos elementos estruturais conduz necessidade de se utilizar camadas de material de isolamento t rmico como correc o t rmica e assim limitar as perdas de calor por estas zonas de heterogeneidade No Quadro 4 2 apresenta se tamb m a espessura m nima de uma camada de isolamento t rmico em poliestireno extrudido a aplicar nos elementos estruturais em Portugal constitu dos pelos diferentes bet es ensaiados e utilizados no presente estudo Quadro 4 2 Coeficientes de transmiss o t rmica dos elementos estrutur

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