UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO
– UNEMAT
DANIELA DE LIMA DELMONDES
AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO TÉRMICO DE EDIFÍCIO
CONSTRUÍDO COM SOLO-CIMENTO NO MUNICÍPIO DE SINOP-MT
Sinop
2017/2
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO
– UNEMAT
DANIELA DE LIMA DELMONDES
AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO TÉRMICO DE EDIFÍCIO
CONSTRUÍDO COM SOLO-CIMENTO NO MUNICÍPIO DE SINOP-MT
Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Prof. Orientador: Wagner Bragante
Sinop
2017/2
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Características do solo segundo a NBR 10832 (1989) ... 16 Tabela 2: Propriedades térmicas do Solo-Cimento... 19 Tabela 3: Propriedades térmicas do tijolo cerâmico ... 19 Tabela 4: Resistências mínimas para o solo-cimento compactado aos 7 e 28 dias para diferentes tipos de solo ... 23
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Taipa e Pilão ... 14
Figura 2: Paredes monoliticas de solo-cimento ... 14
Figura 3: Composição do solo-cimento ... 16
Figura 4 Planta e corte do Protótipo ... 24
Figura 5 Fachada - Lado Leste do Protótipo ... 24
Figura 6 Construção em alvenaria convencional... 25
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Avaliação do Comportamento Térmico de Edifício Construído com
Solo-Cimento no Município de Sinop-MT
2. Tema: 10502041; 30101018; 30501016.
3. Delimitação do Tema: Desempenho térmico de edificação 4. Proponente: Daniela de Lima Delmondes
5. Orientador: Wagner Bragante
6. Estabelecimento de Ensino: Universidade do Estado de Mato Grosso -
UNEMAT
7. Público Alvo: Comunidade Acadêmica
8. Localização: Avenida dos Ingás, número 3001, Jardim Imperial – Sinop –
MT, CEP 78555-000
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ...I LISTA DE FIGURAS ...II DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ...III
1 INTRODUÇÃO ...6 2 PROBLEMATIZAÇÃO ...9 3 JUSTIFICATIVA ...10 4 OBJETIVOS...11 4.1 OBJETIVO GERAL...11 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...11 5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ...12 5.1 SOLO ...12 5.1.1 Definição de Solo ...12 5.1.2 Estrutura do Solo ...12
5.2 SOLO COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO...13
5.2.1 Taipa de Pilão ...13
5.3 PAREDES MONOLÍTICAS DE SOLO-CIMENTO...14
5.4 CIMENTO ...15 5.4.1 Definição de Cimento...15 5.4.2 Composição do Cimento ...15 5.5 SOLO-CIMENTO ...15 5.5.1 Solo ...16 5.5.2 Cimento...17 5.5.3 Água...17 5.5.4 Dosagem do Solo-Cimento ...17
5.6 DESEMPENHO TÉRMICO DOS ENVELOPES VERTICAIS ...18
5.7 PROPRIEDADES TERMOFÍSICAS DOS MATERIAIS...18
5.7.1 Propriedades termofísicas do Solo-Cimento ...19
5.7.2 Propriedades termofísicas do tijolo cerâmico ...19
5.8 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS MATERIAIS SOLO-CIMENTO E TIJOLO CERÂMICO ...20
5.9 CARACTERIZAÇÃO CLIMÁTICA DA CIDADE DE SINOP – MT...20
6 METODOLOGIA ...22
6.1 INTRODUÇÃO ...22
6.1.1 Construção da edificação com a técnica de paredes monolíticas de solo-cimento...22
6.1.1.2 Dosagem do solo-cimento ...23
6.1.1.3 Resistência a compressão ...23
6.1.1.4 Durabilidade...23
6.1.2 Construção de Alvenaria Convencional ...24
6.1.3 Materiais...25 6.1.4 Método de avaliação...26 7 RECURSOS HUMANOS ...27 8 RECURSOS MATERIAIS ...28 9 CRONOGRAMA ...29 10 BIBLIOGRAFIA ...30
1 INTRODUÇÃO
Durante o período da Revolução Industrial havia pouca preocupação com as questões ambientais, já que os recursos naturais eram abundantes. Com o consumo exagerado destes recursos, passou a existir escassez dos mesmos, causando a preocupação da população mundial e a intensificação dos impactos ambientais. Assim, se iniciou a busca por sistemas econômicos, naturais e sustentáveis.
A indústria da construção civil é uma das mais importantes da economia nacional devido ao grande déficit habitacional. Conforme Tribuna do Norte (2013), a indústria da construção civil é responsável por 75% do consumo de recursos naturais, 44% da energia e 16% da água, representando um consumo energético responsável por mais de 1/3 das emissões totais dos gases que causam o efeito estufa. É caracterizada pela utilização da técnica construtiva com alvenaria de blocos cerâmicos, técnica esta responsável pelos maiores desperdícios neste setor. Para que estes problemas sejam solucionados, fez-se necessário a busca por novas técnicas construtivas e materiais tendo em vista um baixo custo, segurança e qualidade estrutural, redução de desperdícios e maior eficiência construtiva e energética.
Segundo dados da Associação Brasileira de Cerâmica – ABC, entre os sistemas construtivos mais utilizados, encontra-se a alvenaria de cerâmica, mais conhecida como alvenaria convencional. Outro material, mas com menor representatividade, é o solo-cimento, porém, seu uso vem se tornando cada vez mais presente apesar de ainda ser considerado um material alternativo.
A cerâmica se origina da mistura de argila, definida como material terroso e plástico, devido a sua plasticidade quando aquecida pode ser facilmente modelada e durante sua queima, atinge seu formato final (LAAROUSSI et al., 2014). Durante o processo de queima, ocorre a redução da área específica das partículas do material, consequentemente reduzindo a aproximação das partículas, diminuindo o volume aparente, aumentando a resistência mecânica reduzindo a porosidade do material.
O solo-cimento é obtido através da mistura de solo e água, com pequenas adições de produtos estabilizadores. Esta mistura é prensada ou compactada, em seguida passa pelo processo de secagem natural até que se chegue na condição de material apropriado para a construção (NEVES, 2010). De acordo com o PROTERRA (NEVES e FARIA, 2011) existem mais de cinquenta técnicas construtivas diferentes
com terra. Contudo, o sistema construtivo adotado neste trabalho será alvenaria de paredes monolíticas de solo-cimento e alvenaria convencional.
No contexto dos aspectos térmicos, de acordo com as afirmações de Torgal e Jalali (2011) é perceptível que a condutibilidade térmica das paredes de terra corresponde à metade da condutibilidade das paredes em tijolos cerâmicos. Este fato ocorre devido a terra ser um bom isolante térmico, que aprisiona o ar nas pequenas cavidades do material sólido dificultando a passagem do calor por condução e as grandes variações de temperatura no ambiente interno da construção. Afirmam ainda que, a inércia térmica elevada dos fechamentos de solo são resultado da capacidade do material armazenar e administrar as trocas térmicas, fazendo com que haja um bom comportamento térmico das edificações. Como possui característica de absorção da umidade do ar, é capaz de manter a umidade relativa do ar entre 40 e 60%, que é a condição mais adequada à saúde humana.
É notável que o uso de solo-cimento em construções seja uma prática muito favorável mesmo havendo poucos estudos sobre este, dificultando a criação de propostas que atendam as normas vigentes.
No presente trabalho desenvolveu-se uma pesquisa, de cunho teórico-prático, tendo como objeto de estudo duas edificações, uma que será construída em alvenaria de solo-cimento e outra já existente em alvenaria de tijolos convencionais, ambas inseridas na Universidade do Estado de Mato Grosso.
No estudo, houve uma busca pelas propriedades físico térmicas do solo-cimento e dos tijolos convencionais, e características das edificações, com o intuito de realizar cálculos térmicos, com base nos métodos prescritivos sugeridos pelas normas vigentes, para obter a análise do desempenho térmico das edificações com os seus respectivos materiais. Também será realizada a medição in loco, com o auxílio de termômetros, onde será feita a aferição da temperatura interna e externa das edificações com o objetivo de obter o comportamento térmico de ambas. Posteriormente, será feito um comparativo entre os parâmetros obtidos pelo método prescritivo e as medições in loco para verificar o desempenho térmico de cada edificação.
Com a realização destas análises, o presente trabalho pretende colaborar no estudo do desempenho térmico do material solo-cimento, disponibilizar mais informações sobre o comportamento do mesmo e contribuir com os profissionais do setor construtivo auxiliando na criação de projetos mais sustentáveis e com maior
eficiência nas edificações, oferecendo dados sobre o comportamento dos mesmo, assim como embasar projetos mais sustentáveis e que ofereçam maior eficiência relacionada à questão energética das edificações.
2 PROBLEMATIZAÇÃO
Desde os primórdios, a construção civil tem como objetivo atender as necessidades básicas dos seres humanos. De início não havia uma preocupação com técnicas adotadas e impactos ambientais que poderiam ocorrer. Era levado em consideração apenas a proteção e a conclusão de projetos de forma imediata.
Com o crescimento acelerado e o desenvolvimento dos países, não há uma dedicação ao planejar, sendo que a modernização do processo construtivo produz elevados gastos com as quantias de materiais e a possibilidade de ocorrer retrabalhos, sem contar as grandes perdas e as enormes quantidades de resíduos que isto pode gerar. Os recursos estão se tornando cada vez mais escassos, fazendo com que haja uma elevação nos seus custos, gerando assim uma necessidade de utilização de materiais alternativos que garantam a qualidade, causando menor impacto ambiental e com um menor custo de aquisição.
Dessa forma, o solo-cimento é utilizado como um material alternativo que busca atender a demanda da construção sustentável, já que minimiza o custo da construção por possuir baixo custo, facilidade na produção e execução das técnicas construtivas , reduzindo o uso de matérias fazendo com que haja menos desperdício, e consequentemente menor impacto ambiental.
3 JUSTIFICATIVA
No cenário atual, a diminuição dos impactos ambientais, juntamente com a conscientização por parte da população, e a busca por atividades economicamente viáveis vem ganhando maior importância e ampliando espaços para discussões.
Para sanar as necessidades das diversas populações, é necessário o acesso a materiais com baixo impacto ambiental e baixo custo, como é o caso do solo, que vem ganhando maior espaço no mercado da construção, tomando o lugar dos chamados materiais convencionais como é o caso dos tijolos cerâmicos. Assim, o desenvolvimento de métodos e materiais que tenham como matéria-prima o solo se tornaram uma alternativa viável para a diminuição dos impactos ambientais ocasionados pela indústria da construção civil.
Na atualidade há poucos estudos científicos referentes ao comportamento térmico de edificações construídas com os materiais solo-cimento e tijolo cerâmico, e os estudos já existentes apresentam uma variabilidade de valores das propriedades físicos-térmicas dos mesmos gerando assim uma incerteza de quais valores e métodos são os mais eficazes para um correto planejamento de edificações e que atendam o desempenho térmico impostos pelas normas vigentes.
A avaliação do desempenho térmico de uma edificação é adotada como um meio de analisar as relações de trocas térmicas entre ambientes internos e externos, levando em consideração as condições climáticas do local onde se encontra a edificação. Para Siqueira et al. (2005), o desempenho térmico de um edifício é um fator determinante em habitações. Desta forma, um edifício construído de forma correta, avaliando as condições climáticas do local, gera economia de energia e potencializa o conforto dos usuários.
O tema do trabalho foi escolhido de forma a avaliar o uso do solo na construção de edificações em comparação com alvenaria convencional, por ser uma matéria-prima natural e abundante, possuir menor condutibilidade térmica, ser um ótimo isolante térmico, possuir elevada inércia térmica e características higroscópicas. Essa escolha é justificada considerando-se a carência de materiais de baixo impacto ambiental, bem como de materiais de baixo custo e maior eficiência.
4 OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GERAL
O estudo foi desenvolvido buscando avaliar a viabilidade técnica do uso de paredes monolíticas de solo-cimento como ferramenta eficaz de regulação térmica, aferindo a temperatura do ar no ambiente interno e externo da edificação, comparando-as com os dados obtidos em uma edificação de alvenaria convencional.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Estudar o comportamento térmico de uma edificação construída com solo-cimento e uma de alvenaria convencional, realizando aferições in loco em ambas, avaliando qual edificação apresentará melhor desempenho térmico de sua envoltória vertical;
Tornar válidas as referências das propriedades físico-térmicas do solo-cimento e tijolo cerâmico;
Dispor informações referentes ao desempenho térmico do solo-cimento e tijolo cerâmico.
5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
5.1 SOLO
5.1.1 Definição de Solo
Solo é uma palavra que possui inúmeras definições baseadas nas áreas profissionais em que é aplicado. Basicamente significa superfície do chão.
Tratando-se de um dos mais antigos materiais utilizados para construção pelo homem, o solo está presente na maioria das obras, normalmente usado como base de suporte para estrutura de fundação. Sendo assim, é de fundamental importância conhecer as características deste material para que se possa prever seu comportamento diante de diferentes solicitações.
De acordo com Caputo (1983, p.14), o solo é um material resultante da decomposição das rochas pela ação do intemperismo por desintegração mecânica ou decomposição química.
O solo é definido como agregado não-cimentado de grãos minerais e matéria orgânica decomposta, com líquido e gás nos espaços vazios entre as partículas sólidas (DAS, 2007, p.1). Na maioria das vezes apresenta frações de argila, o que faz com que seja um material de textura terrosa e de baixa granulometria, que desenvolve plasticidade quando misturado com água.
5.1.2 Estrutura do Solo
A estrutura do solo é definida como o arranjo geométrico de partículas de solo umas em relação as outras (DAS, 2007, p.63).
A estrutura do solo consiste na disposição geométrica das partículas primárias e secundárias; as primárias são isoladas e as secundárias são um conjunto de primárias dentro de um agregado mantido por agentes cimentantes. A textura e a estrutura do solo influenciam na quantidade de ar e de água que as plantas em crescimento podem obter (EMBRAPA 2003). Os solos geralmente são classificados em coesivos e não-coesivos.
Os solos coesivos são aqueles que apresentam grãos muito finos, normalmente imperceptíveis a olho nu. São caracterizados pela resistência à penetração da água e elevado grau de estabilidade quando secos. Os solos não-coesivos são compostos por pedras, pedregulhos, cascalhos e areias e caracterizados pela alta permeabilidade.
5.2 SOLO COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO
Na maioria dos climas quentes e temperados do mundo, o solo como material construtivo tem sido predominante. Um terço da população mundial vive em casas construídas tendo o solo como base de construção.
O solo é o material de construção natural mais importante e abundante já conhecido. Nos países industrializados, a exploração demasiada de recursos naturais e sistemas construtivos consomem muita energia, gera resíduos em excesso e polui o meio ambiente. Assim, o solo passou a ser considerado um material de construção conveniente devido a sua abundância, a facilidade de obtenção, ao seu baixo custo, as boas propriedades higroscópicas (manter a humidade relativa do ar entre 40 a 60%), a fácil aplicação e ao seu manuseio; contribuindo também com a sustentabilidade, pois além da economia de energia após sua vida útil volta ao meio ambiente. É um dos materiais mais antigos aplicados a construção e pode ser aplicado em várias técnicas. A técnica a ser utilizada para a construção da edificação em solo-cimento será a taipa de pilão.
5.2.1 Taipa de Pilão
A taipa de pilão foi uma técnica muito utilizada no Brasil Colonial. Possui esta denominação devido ao fato de ser socada com o auxílio de uma mão de pilão. É uma técnica de construção monolítica que consiste na distribuição de um solo em camadas dentro de uma forma composta por duas tábuas paralelas, seu distanciamento define a espessura da parede. O solo é compactado dentro da forma com auxílio de um batedor que pode ser manual ou mecanizado. Normalmente se utiliza um solo mais argiloso e a quantidade de água aplicada deve ser mínima para que não haja dificuldades quanto a trabalhabilidade e compactação. O período de secagem varia de 3 a 6 meses, dependendo do clima da região e as características da mistura de solo. Jalali (2008) afirma que a taipa possui ótimo índice de salubridade e ótimo acabamento.
Figura 1: Taipa e Pilão
Fonte: BARDOU, 1981, p. 19
5.3 PAREDES MONOLÍTICAS DE SOLO-CIMENTO
O CEPED, Centro de Pesquisas e Desenvolvimento do Estado da Bahia, desenvolveu o sistema de construção de paredes na forma monolítica tendo como princípio a utilização de materiais de fácil aquisição, com sistemas construtivos de baixo custo. O sistema construtivo aplicado a paredes monolíticas é basicamente a compactação da mistura solo-cimento na umidade ótima em formas de madeira, possibilitando a desmoldagem imediata e compactação da próxima camada.
Figura 2: Paredes monoliticas de solo-cimento
5.4 CIMENTO
5.4.1 Definição de Cimento
Cimento Portland é a denominação convencionada mundialmente para o material usualmente conhecido na construção civil como cimento. Pode ser definido como um pó fino com propriedades aglomerantes que quando reage com água forma uma pasta plástica que dá pega e endurece. Após este endurecimento mesmo que novamente posto em contato com a água, este não se decompõe (ABCP, 2002).
É definido como um “aglomerante hidráulico resultante da mistura homogênea de clínquer Portland, gesso e adições normatizadas finamente moídas”. Considerado aglomerante pois tem a propriedade de unir outros materiais. Hidráulico porque reage ao se misturar com água e depois de endurecido ganha características que o torna um elemento sólido com grande resistência à compressão, à água e a sulfatos, mantendo suas propriedades, mesmo imerso em água (MARTINS et al., 2008).
5.4.2 Composição do Cimento
O cimento Portland é composto de clínquer e adições. O clínquer é o único composto que está presente em todas as variedades de cimento. É um pó que tem como matéria-prima o calcário e a argila. Possui a particularidade de reagir quimicamente na presença de água tornando-se pastoso, posteriormente endurece, fazendo com que adquira resistência e durabilidade elevada.
As adições consistem em outras matérias-primas, que em contato com o clínquer na fase de moagem, possibilitam a fabricação dos diversos tipos de cimento. Estas adições são o gesso, escórias de alto forno, materiais pozolânicos e materiais carbonáticos.
5.5 SOLO-CIMENTO
A ABNT na norma NBR 12023 (1992) define o solo-cimento como um produto endurecido, resultante da cura de uma mistura íntima compactada de solo, cimento e água, em proporções estabelecidas através de dosagem, executada conforme a NBR 12253 (1992).
O solo-cimento é constituído pela mistura homogênea de solo, cimento e água. Ao final do processo de mistura, o material obtido apresenta boa resistência a compressão, bom índice de permeabilidade, baixo índice de retração volumétrica e
boa durabilidade (ABCP, 2002). Geralmente é empregado na construção de paredes, em forma de painéis monolíticos, blocos ou tijolos.
Figura 3: Composição do solo-cimento
Priscilla Henriques Mieli
Os principais parâmetros a serem analisados no solo-cimento são o teor de cimento da mistura, teor de umidade ótima antes da compactação, e o tipo de solo utilizado. Misturas solos-cimentos devem atender requisitos mínimos de densidade, durabilidade e resistência. A dosagem de solo-cimento pode ser determinada pelo Método Simplificado, recomendado para solos arenosos, utilizando tabelas e ábacos resultantes de experiências adquiridas com esse tipo de solo (SENÇO, 2001).
5.5.1 Solo
O solo é o componente de maior proporção na mistura de solo-cimento. Qualquer tipo de solo pode ser utilizado, desde que atenda aos requisitos mínimos de resistência. É indicada a utilização de solos arenosos, devido a facilidade de mistura e obter maior resistência.
De acordo com a NBR 8491/1984, o solo utilizado não deve conter matéria orgânica em quantidade que possa prejudicar as características exigidas pela norma e o solo deve atender as características presentes na NBR 10832/1989, como mostra a Tabela 1.
Tabela 1: Características do solo segundo a NBR 10832 (1989)
% de solo que passa na peneira ABNT 4,8mm (n°4) 100
% de solo que passa na peneira ABNT 0,075mm (n°200) 10 a 50
Limite de Liquidez ≤ 45
Limite de Plasticidade ≤ 18
5.5.2 Cimento
Todo tipo de cimento pode ser utilizado para estabilizar o solo, porém o mais utilizado é o cimento Portland comum (CP I). Não se deve utilizar cimento Porthland de alta resistência inicial para solo-cimento por apresentar menores resistências a agentes agressivos (ABCP, 2002). Quanto maior for a adição de cimento a mistura, maior será sua capacidade de carga, durabilidade a ciclos de molhagem e secagem e menor se tornará sua permeabilidade. Para Minguela (2007), o cimento empregado deve atender as seguintes qualificações:
Longo tempo de início e fim de pega, possibilitando maior tempo de trabalhabilidade;
Baixa liberação de calor de hidratação, para que haja menor retração térmica e diminuição de fissuras por retração;
Desenvolvimento lento da resistência, afim de diminuir o efeito de retração.
Os cimentos que melhor atendem a essas características são os que possuem baixo teor de clínquer. É recomendado o uso de cimento variando 5 a 10% da mistura, levando em consideração as características do solo.
5.5.3 Água
A água utilizada deve ser potável, não contendo nenhum tipo de impureza que prejudique a hidratação do cimento. A quantidade de água adicionada é determinada pela quantidade necessária para a compactação. Para a hidratação do cimento, é necessário aproximadamente 50% de seu peso.
5.5.4 Dosagem do Solo-Cimento
Vargas (1977, p.98) apresenta que a dosagem do solo-cimento é feita como no ensaio normal de compactação, no qual uma mistura de solo, cimento e água são compactados. Devido a hidratação do cimento é necessário que os corpos de prova sejam moldados o quanto antes.
A NBR 12253 – Solo cimento – dosagem para emprego como camada de pavimento define os parâmetros de dosagem do solo cimento. É baseada nos métodos de dosagem da Portland Cement Association (PCA). Nas obras de pequeno porte é usado um traço padrão entre 1 para 12 até 1 para 15 (uma parte do cimento
para outras partes de areia), que é um solo arenoso aprovado pelos testes práticos (FERREIRA, 2015).
5.6 DESEMPENHO TÉRMICO DOS ENVELOPES VERTICAIS
Segundo Gonçalves et al. (2004) o desempenho térmico de uma edificação é entendido como a resposta da habitação, com base em parâmetros climáticos interiores ou clima característico de onde está localizado.
O desempenho térmico é caracterizado como o comportamento térmico mínimo esperado das edificações ou seus componentes, com o intuito de melhorar as condições de conforto térmico em interiores (BOGO, 2003).
Paredes e coberturas são compostas por materiais que possuem diferentes propriedades térmicas, onde se aplica o conceito de massa térmica, que está ligado a combinação de densidade e espessura dos materiais que compõem a edificação.
De acordo com Gonçalves e Gomes (2012), o desempenho térmico de paredes com a utilização de solo como componente principal se dá devido a sua massa, baixa condutividade térmica e sua característica higroscópica que possibilita regular a umidade relativa do ambiente, contribuindo também para grande inércia térmica e bom isolamento acústico das edificações.
Dumke (2002) analisou 18 moradias de diferentes sistemas construtivos. O método de avaliação utilizado foi medições in loco nos ambientes internos de cada edificação, tanto no inverno quanto no verão, utilizando um dataloggers (HOBO, OnsetR). Ao fim da análise, o autor concluiu que a técnica mais eficiente foi a que utiliza solo-cimento para a construção. Esta edificação apresentou melhor desempenho térmico no inverno e no verão.
5.7 PROPRIEDADES TERMOFÍSICAS DOS MATERIAIS
É de suma importância conhecer as propriedades térmicas dos materiais utilizados para a construção, pois são eles que possibilitam determinar estratégias para melhor eficiência dos edifícios em variações climáticas, já que os envelopes das edificações são encarregados pelas trocas térmicas entre o meio interno e externo. A devida escolha dos materiais tem papel imprescindível para que haja um desempenho térmico satisfatório, proporcionando conforto aos usuários. Para o presente estudo será levado em consideração a condutividade térmica (λ), densidade (ρ) e o calor especifico (c) do solo-cimento e tijolo cerâmico.
5.7.1 Propriedades termofísicas do Solo-Cimento
De acordo com ensaios de Marques, Castro e Isaac (2009) utilizando um solo caracterizado arenoso, obteve-se uma densidade de 1890 kg/m³, condutividade térmica de 0,38 W/(m.K) e calor específico de 1,30 (KJ/kg.K).
Em sua tese, Ferreira (2003) moldou corpos-de-prova cilíndricos, tijolos e mini painéis obtendo os valores de 1.868 kg/m³ de densidade, 0,49 W/(m.K) para condutividade térmica e 0,75 (KJ/kg.K) de calor específico.
Walker e Maniatidis (2003) apresentam que a densidade seca do solo na taipa depende do tipo de solo, teor de umidade durante a compactação e do esforço utilizado na compactação. Observou-se uma diversidade de valores para a densidade, calor específico e condutividade para a taipa. Os dados obtidos são apresentados na tabela a seguir:
Tabela 2: Propriedades térmicas do Solo-Cimento
Referências Densidade (p) (kg/m³) Condutividade térmica (ɣ) (W/(m.K)) Calor específico (c) (kJ/(kg.K))
Marques, Castro e Isaac 1890 0,38 1,3
Ferreia 1868 0,49 0,75
Walker e Maniatidis 1700-2200 0,35-0,7 1,83
Fonte: Adaptado de Marques, Castro e Issac (2009); Ferreira (2003), Walker e Maniatidis (2003).
5.7.2 Propriedades termofísicas do tijolo cerâmico
Com o intuito de caracterizar as propriedades térmicas de tijolos cerâmicos, Laaroussi et al. (2014) realizou ensaios com dois tipos de tijolos cerâmicos com composição semelhante, mas dimensões distintas.
Lamberts et al. (1997) estabeleceu que a condutividade térmica de materiais cerâmicos está compreendida entre 0,65 a 0,7 W/(m.K).
A NBR 15220 (ABNT, 2003) determina valores distintos para as propriedades térmicas de tijolos cerâmicos. Os dados obtidos através das referentes pesquisas são apresentados na tabela a seguir.
Tabela 3: Propriedades térmicas do tijolo cerâmico
Referências Densidade (p) (kg/m³) Condutividade térmica
(ɣ) (W/(m.K)) Calor específico (c) (kJ/(kg.K)) Laaroussi 1777 0,35 0,82 Laberts - 0,65-0,07 0,82 NBR 15220 (2005) 1000-1300 0,7 0,92 NBR 15220 (2005) 1300-1600 0,9 0,92 NBR 15220 (2005) 1600-1800 1 0,92 NBR 15220 (2005) 1800-2000 1,05 0,92
5.8 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS MATERIAIS SOLO-CIMENTO E
TIJOLO CERÂMICO
A absorção de água, permeabilidade e porosidade de materiais cerâmicos são características que influenciam na condutividade térmica destes materiais. Para Callister (2013), o aumento do volume dos poros juntamente com a forma que são ligadas tem como resultado a diminuição da condutividade térmica. Assim, a porosidade ótima depende das condições de aplicação de uso.
Para uma concentração de 10% de cimento em uma mistura de solo-cimento, Góis (2012) estabelece como absorção da água entre 14,94 a 16,59%. Já Arruda e Marimbondo (2003) estabelecem que a absorção da água para tijolo cerâmico está entre 14,27 a 25,58%.
A permeabilidade para o solo-cimento estabelecida por Hall e Djerbid (2006) se encontra entre 0,29 a 0,31 kg/m².min. de sucção. Já Carvalho (2003) estabelece para tijolo cerâmico um valor de sucção de 2,1 kg/m².min.
Em relação ao a porosidade, Vitali (2008) afirma que se encontra entre 36 a 38% para solo-cimento e Silva (2011) 32% para tijolos cerâmicos.
5.9 CARACTERIZAÇÃO CLIMÁTICA DA CIDADE DE SINOP – MT
O município de Sinop está localizado ao norte do Estado de Mato Grosso, aproximadamente a 500 km da capital Cuiabá. Atingindo em 2016 uma estimativa populacional de 132.934 habitantes e possuindo uma área territorial de 3.942,229 km² expõe uma densidade demográfica de 28,69 habitantes por km², segundo dados IBGE. A sede do município está nas coordenadas 11,86°S e 55,5° W, (IBGE, 2013; PNUD, 2013), com altitude média de 380 m. A região abrange o bioma da Amazônia, porém possui uma influência do Cerrado, portanto o município está abrangido pela mata de transição e possui clima característico semiúmido.
As cargas climáticas médias anuais são entre 24,3° C e 26,8° C e índice pluviométrico de 1900 mm ano, sendo o período de seca entre maio e setembro e período chuvoso entre outubro e abril. A região onde o município se encontra possui conformidade predominantemente plana, sendo assim uma circulação de ventos sem grandes obstáculos. Segundo estudos realizados por Santos e Sanches (2013) a direção e velocidade do vento para Sinop, é predominantemente Norte e Nordeste para o período chuvoso e Leste e Sudeste para o período de seca. Além disso
observou para o ano de 2013 uma velocidade média de 1,75 m/s e maior velocidade 22,30 m/s.
6 METODOLOGIA
6.1
INTRODUÇÃO
Com o intuito de elaborar estudos sobre o desempenho do solo-cimento e tijolos cerâmicos, realizou-se uma revisão bibliográfica para a identificação das propriedades físico-térmicas dos mesmos para tornar possível a utilização do método prescritivo apresentado pela NBR 15220 (ABNT 2003), determinando assim o desempenho térmico de edifícios construídos com solo-cimento e tijolos cerâmicos. O método de medição in loco será realizado com objetivo de determinar o comportamento térmico do tijolo cerâmico e solo-cimento durante determinados períodos de monitoramento. Através dos parâmetros obtidos de cada método será possível avaliar o comportamento térmico dos materiais em estudo e tornar válidas as referências bibliográficas referentes ao contexto.
As edificações que serão utilizadas para estudo foram selecionadas devido ao tipo de material que constituem suas paredes, pela disponibilidade para medições in loco e por apresentarem dimensões semelhantes.
6.1.1 Construção da edificação com a técnica de paredes monolíticas de solo-cimento
O sistema de construção de paredes monolíticas foi criado pelo Centro de Pesquisa e Desenvolvimento do Estado da Bahia (CEPED), tendo como matéria prima materiais com fácil obtenção, técnica construtiva simples e com baixo investimento. Assim, adotou-se a construção de paredes monolíticas, que nada mais é do que o método mais conhecido como taipa-de-pilão, que consiste na compactação de solo-cimento entre pranchões.
6.1.1.1 Escolha do solo
O solo é o principal material utilizado na mistura de solo-cimento. Segundo os critérios do CEPED, para a mistura de solo-cimento é necessário que o solo atenda as seguintes especificações:
45 a 80% de areia; 20 a 55% de silte+argila; Menos que 20% de argila.
6.1.1.2 Dosagem do solo-cimento
A dosagem é utilizada para determinar a porcentagem de cimento adicionada ao solo, fazendo com que ele adquira resistência e durabilidade correta para o seu objetivo. É feita através de ensaios de compressão axial, secagem-molhagem realizados em laboratório. A dosagem nada mais é que a quantidade mínima de cimento adicionada a mistura com intuito de satisfazer as condições de resistência e durabilidade. A resistência se define através da ruptura de corpos de prova por compressão axial no sétimo dia de idade. Deve-se fazer ensaios com diferentes graus de compactação e de teor de cimento utilizando o teor ótimo de água.
A ATIC (1993) estabelece a resistência a compressão mínima que o solo cimento deve apresentar com 7 e 28 dias de vida para duas classificações distintas de solo.
Tabela 4: Resistências mínimas para o solo-cimento compactado aos 7 e 28 dias para diferentes tipos de solo
Fonte: ATIC, 1993.
6.1.1.3 Resistência a compressão
Para a definição de resistência a compressão serão realizados ensaios de corpos de prova com variadas porcentagens de cimento. Ocorrerá o ensaio normal de compactação de solos, utilizando-se energia normal de compactação. Através dos ensaios obtidos será definido a resistência mínima admissível, e com isso o teor mínimo de cimento será estabelecido.
6.1.1.4 Durabilidade
Para a definição de durabilidade serão realizados ensaios de corpos de prova com variadas porcentagens de cimento. Após a moldagens dos corpos de prova, estes serão submetidos a ciclos de umedecimento e secagem afim de determinar a perda de peso em relação ao peso inicial, obtendo assim a durabilidade da mistura.
6.1.2 Construção de Alvenaria Convencional
O protótipo em analise possui envoltória de bloco cerâmico de 6 furos. Apresenta forma quadrada com 2,20x2,20 metros e pé direito de 2,70 metros. Possui uma porta inserida na direção norte e uma janela na direção sul. A composição de sua estrutura e cobertura são metálicas, com cobertura em duas águas e forro PVC.
O protótipo está localizado na Universidade do Estado de Mato Grosso, campus universitário de Sinop.
Figura 4 Planta e corte do Protótipo
Fonte: Patricia Lumi Rodrigues, 2013
Figura 5 Fachada - Lado Leste do Protótipo
Figura 6 Construção em alvenaria convencional
Fonte: Acervo pessoal, 2017
6.1.3 Materiais
Para as medições in loco, será utilizado o instrumento de medição Termo-Higrômetro Temperatura externa/interna Modelo 7666.02.0.00 da indústria INCOTERM. Principais características do equipamento são:
Mede a temperatura interna e externa do ambiente e umidade; Faixa de temperatura interna 0º C à 50º C;
Faixa de temperatura externa -50º C à +70º C; Faixa da umidade 15% a 95% UR;
Dimensões 86x64x22 mm; Peso de 85g.
Figura 7 Termo-higrômetroModelo 7666.02.0.00 INCOTERM
As medições in loco ocorrerão em variados horários durante o período de monitoramento. O sensor utilizado para o experimento será disponibilizado pela Universidade do Estado de Mato Grosso – UNEMAT ou por meio de recursos pessoais.
Após obtenção de dados das medições in loco serão transferidos ao programa Microsoft Excel, versão 2016. Os mesmos serão tratados através de métodos estatísticos e gráficos para a fácil demonstração e entendimento do comportamento térmico das edificações, estabelecendo a relação da temperatura e umidade em função do tempo.
6.1.4 Método de avaliação
A pesquisa se iniciará com a revisão bibliográfica referente aos valores da propriedade físico-térmica do solo cimento e tijolo cerâmico. Através do método prescritivo segundo a NBR 15220 (ABNT 2005) parte 2 e 3 serão realizados cálculos utilizando as propriedades físicas das edificações em análise. Esta análise terá por finalidade encontrar os parâmetros de resistência térmica e capacidade térmica das paredes das edificações em questão, obtendo assim o desempenho térmico.
Para o método de medições in loco, será realizada uma coleta de dados das temperaturas e umidades internas e externa de ambos os protótipos, assim será possível a demonstração do comportamento térmico do solo-cimento e tijolo cerâmico no período de monitoramento.
Através das análises apresentadas será possível verificar se o solo-cimento é um material com melhor desempenho térmico em relação ao uso de materiais cerâmicos.
7 RECURSOS HUMANOS
Para a construção da edificação de solo-cimento será necessário a contratação de um pedreiro. Participarão ativamente da construção dois voluntários. Todos os recursos financeiros serão provenientes de patrocínios.
8 RECURSOS MATERIAIS
Os equipamentos bem como o laboratório utilizado serão os disponíveis na Universidade do Estado de Mato Grosso – UNEMAT. Os materiais necessários serão:
Solo (obtido da jazida mais próxima) Cimento (CP I)
Água
Termômetro
Planilhas orçamentarias
Caso haja imprevistos, materiais poderão ser acrescidos futuramente. Todos os materiais utilizados e não disponíveis em laboratório serão adquiridos através de recursos próprios e patrocínios, não tendo uma previsão de custos definidos com exatidão.
9 CRONOGRAMA
ATIVIDADES 2018
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ Escolha do tema e do orientador Encontros com o orientador Pesquisa bibliográfica preliminar Leituras e elaboração de resumos Elaboração do projeto Entrega do projeto de pesquisa Revisão bibliográfica complementar Coleta de dados complementares Redação da monografia Revisão e entrega oficial do trabalho Apresentação do trabalho em banca
10 BIBLIOGRAFIA
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Rio de Janeiro. NBR 15220. Desempenho térmico de edificações. Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações. Rio de Janeiro, 2003.
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