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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
EL BIG MAC “Criar um sistema construtivo com desperdícios”
PROJETO FEUP 2017/2018 – MIEC
Supervisor: Ana Sofia Guimarães Monitor: Nuno Neves
Estudantes do MIEC – Turma 3 – Grupo 3:
Ana Matilde Ferreira [email protected]
Beatriz Azevedo [email protected]
Bruna Santos [email protected]
Henrique Faria [email protected]
Sebastião Sampaio [email protected]
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
EL BIG MAC “Criar um sistema construtivo com desperdícios”
Resumo Este relatório foi realizado no âmbito da unidade curricular Projeto FEUP, do primeiro ano do MIEC na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. O Projeto FEUP destina-se aos estudantes recém-chegados de todos os cursos da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto tendo como principal objetivo melhorar as competências transversais de trabalho e de comunicação dos seus novos alunos. Propõe assim aos novos estudantes a realização de um trabalho no âmbito do curso onde se integram sendo este proposto pelo professor da unidade curricular que tem a ajuda de um monitor, um aluno mais experiente do curso, para orientar os alunos no decurso do projeto. Para além de capacidades ao nível do trabalho, o Projeto FEUP tem também como objetivo a integração dos seus novos alunos, desenvolvendo capacidades ao nível do trabalho em grupo. O desafio que nos foi proposto no âmbito do curso de Engenharia Civil foi a construção de nove painéis com materiais recicláveis, de dimensões 0,70m x 0,70m x 0,15m, que seriam posteriormente testados e colocados numa casa construída nas instalações da FEUP. Ao serem testados cada painel foi avaliado quanto à resiliência, à resistência térmica e bom isolamento acústico. Também foi tido em consideração o peso, a estética e a produtividade do grupo na realização dos painéis.
Palavras-Chave Engenharia Civil Materiais Recicláveis Painel Resiliência Resistência Térmica Isolamento Acústico
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Agradecimentos Gostaríamos de começar por agradecer à supervisora Ana Sofia Guimarães e ao monitor Nuno Neves todo o apoio disponibilizado para a realização deste projeto, tanto no desenvolvimento dos painéis, como do relatório, poster e apresentação oral. Um agradecimento também a disponibilidade dos laboratórios da FEUP, por nos terem permitido usar as suas instalações no desenvolver do projeto. Finalmente, gostaríamos também de agradecer a todos os professores e profissionais que se disponibilizaram para nos dar a formação intensiva durante a semana do Projeto FEUP, cujas aprendizagens foram sem dúvida postas em prática ao longo de todo o projeto.
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Introdução A Engenharia Civil utiliza diversas capacidades no âmbito de melhorar os seus estudos para projetar uma solução eficaz para a população. Deste modo, esta tenta minimizar os custos de execução, utilizando vários conhecimentos no domínio da ciência dos materiais, incluindo o aproveitamento de resíduos e a reciclagem dos materiais (caso do aço). No âmbito deste projeto, de modo a aplicar o conhecimento teórico da Engenharia Civil (como se faz Engenharia Civil) foi-nos proposto a realização de um trabalho prático (construção de uma parede com materiais reciclados) com base no nosso conhecimento. Assim, consoante estas capacidades adquiridas no secundário, foi-nos dinamizada a construção de um painel através de materiais reciclados, que obtivesse o máximo possível dos seguintes objetivos:
➢ estética / peso / reprodutividade (arquitetura); ➢ resistência / deformação / resiliência (estrutura); ➢ estanquidade à água; ➢ resistência térmica; ➢ isolamento acústico.
Após a realização dos testes, observámos os resultados obtidos e discutimos alguns dos aspetos a melhorar na realização dos nossos painéis.
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1. Teoria No âmbito do projeto e tendo como principal objetivo testar os painéis realizados, foram pensados alguns testes que pusessem à prova as características que um bom painel deverá apresentar. No laboratório do departamento de Engenharia Civil, realizámos testes a várias características dos painéis, entre as quais:
➢ à resistência térmica; ➢ e ao isolamento acústico.
Nas secções seguintes, iremos descrever em que consistem estes dois testes fundamentando cada um pela teoria que os explica. Também iremos falar sobre os materiais que utilizámos para a construção dos nossos painéis e as razões que nos levaram a escolhê-los.
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1.1. Materiais Utilizados Para o desenvolvimento deste projeto utilizámos os seguintes materiais e pelas seguintes razões:
➢ madeira, para a construção dos caixilhos, visto que é um material resistente, ou seja, um bom material para o suporte;
➢ garrafas de plástico de um litro e meio e de meio litro, uma vez que são feitas de um material impermeável, por serem um resido que existe em grande quantidade e por ocuparem grande parte da área interior do caixilho;
➢ areia, para o preenchimento das garrafas de água, por se encontrar com relativa
facilidade e por ser um material que apresenta uma boa condutividade térmica;
➢ cola quente, para colar as garrafas ao suporte e entre elas, visto que é uma das formas de colagem mais eficazes;
➢ fita cola para garantir a estanquidade do painel;
➢ espuma isolante como isolamento acústico e térmico;
➢ papel de jornal por ser também um resido que se encontra com muita facilidade
e com a função de ocupar os espaços criados entre as garrafas;
➢ rolhas de cortiça uma vez que a cortiça é um bom isolador acústico e por ser também de fácil acesso.
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1.2. Resistência Térmica Certas propriedades de um corpo sofrem mudanças quando são colocados num meio a uma temperatura diferente da que possuem. Por exemplo, um corpo aquecido num forno ou colocado num frigorífico, recebe ou perde energia, aumentando ou diminuindo a sua energia térmica (ou interna, armazenada). Esta energia térmica transferida “para o” ou “do” corpo é vulgarmente designada por “Calor” e o processo é designado por Transferência de Calor. Muitas ocorrências do dia-a-dia envolvem transferências de calor: aquecimento de água numa chaleira, o aquecimento central, o isolamento de casas (com placas de poliuretano, esferovite), a utilização de vidros duplos em vez de vidros simples... A Humanidade, desde sempre, procurou contruir as suas casas com os materiais mais adequados, de modo a manter o melhor possível o isolamento térmico. Deste modo, como o calor não se transfere com a mesma facilidade através de todos os materiais, é possível distinguir estes de duas formas: materiais bons e maus condutores térmicos:
✓ Os metais e ligas metálicas são os melhores condutores de calor. ✓ Os sólidos não metálicos são considerados os maus condutores de calor,
assim como os líquidos. ✓ Os gases são os piores condutores de calor.
Nas nossas casas, devemos escolher materiais de construção que sejam bons isolantes térmicos, ou seja maus condutores de calor, de modo a minimizar as transferências de calor para o exterior. A expressão matemática que determina essa quantidade de calor que atravessa a parede, por segundo, é:
Figura 1 – Expressão matemática para o cálculo da quantidade de calor A condutividade térmica (K) é a caraterística que define o material de que é feita a parede.
✓ Se a condutividade térmica for elevada, o material é bom condutor de calor. ✓ Se a condutividade térmica for baixa, o material é mau condutor de calor, ou seja, um bom isolante térmico.
Deste modo, na construção de edifícios, escolhe-se materiais com baixo valor de condutividade térmico. Além disso, é importante reduzir a área da parede e aumentar a espessura das paredes para minimizar a quantidade de calor transferida para o exterior.
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1.3. Isolamento Acústico
O som necessita de um meio físico, sólido, líquido ou gasoso, para se propagar. Quando uma fonte sonora produz uma vibração, esta é transmitida, por choque, aos corpúsculos mais próximos. Estes movimentos de vibração dos corpúsculos provocam no meio de propagação zonas de compressão (onde os corpúsculos estão mais próximos) e zonas de rarefação (onde os corpúsculos estão mais afastados). A diferença de velocidade de propagação do som deve-se à natureza dos constituintes do meio e às forças que os ligam. Na cortiça, algodão, esferovite, etc. os corpúsculos têm maior dificuldade de oscilar e a velocidade de propagação é menor.
Tabela 1 – Valor da velocidade de propagação do som nos diferentes meios materiais Porém, nem todos os sons são percebidos da mesma maneira devido às diferenças físicas entre as ondas sonoras em frequência, amplitude e timbre. A amplitude permite distinguir um som forte de um som fraco. Em linguagem comum diz-se que um som é forte quando é ouvido a uma distância grande. Caso contrário, o som é fraco. A frequência está relacionada com um som agudo (alto) e um som grave (baixo) e é tanto maior quanto maior for a frequência. Deste modo, para frequências baixas, o material mais pesado, ou seja, com grande massa molecular é bom isolante acústico. Pelo contrário, o material geralmente leve que tem a finalidade de melhorar o conforto acústico, diminuiu o ruído no interior dos ambientes. Este atua transformando energia sonora em energia térmica e não impede a passagem do som para outros ambientes, ou seja, é um bom isolante para as frequências altas.
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Metodologia Na fabricação dos nossos painéis, começámos por definir o projeto teórico desenhado de forma a incluir as ideias de todos, chegando a um consenso. Em primeiro lugar, foi efetuada a recolha de material tanto de resíduos caseiros de elementos do grupo, como de cafés ou restaurantes e areia da praia. Os caixilhos foram nos fornecidos por familiares de elementos do grupo que se encontram no ramo do mobiliário. A partir do momento em que obtivemos material suficiente para produzir um painel começamos por encher garrafas de água de capacidade de um litro e meio com areia da praia. De seguida colámos, utilizando cola-quente, oito dessas garrafas na base interior do caixilho (verticalmente) enquanto na sua parte superior (onde se encontram as tampas) encaixámos garrafas de água com capacidade de meio litro, enchidas com papel de jornal molhado, furadas de maneira a encaixarem com as anteriores. Repetimos o processo na base superior do caixilho, sendo esta a maior parte do interior do nosso painel.
Figura 2 – Painel final (vista exterior)
Como segunda camada, o lado interior foi preenchido com fita-cola, de forma a impermeabilizar e a estabilizar este, e ainda uma camada de espuma isolante. O outro lado do painel (frente visível) foi plastificado e foram coladas rolhas de cortiça nas bases superior e inferior do caixilho nos espaços entre garrafas.
Figura 3 – Painel final (vista interior)
No final, estando o painel pronto, este
não encaixava na estrutura construída
devido a um excesso na medida do
caixilho o que nos obrigou a usar uma
plaina para reduzir o tamanho deste. Dos
nove painéis a realizar, conseguimos
concluir cinco, deixando um inacabado.
Figura 4 – Painel final colocado na casa feita para
a colocação dos trabalhos realizados
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Resultados
Depois de finalizados os nossos cubos o grupo teve que escolher aquele que achava com melhores condições para nele serem efetuados os testes de qualidade. Feita essa escolha foram então realizados testes com o intuito de avaliar a resistência, o peso, o isolamento acústico e térmico e humidade relativa. No teste da resistência o nosso cubo obteve aprovação tendo sofrido apenas algumas alterações na sua estrutura depois de ter suportado com mais de cento e cinquenta quilogramas. Relativamente ao parâmetro do peso o nosso cubo foi o que apresentou o maior peso de todos os trabalhos realizados. Em relação ao isolamento acústico o nosso cubo revelou ser mais resistente a altas frequências de som do que a baixas frequências. Na prova da resistência térmica o nosso cubo teve os lavores mais baixos de todos os trabalhos apresentados tal como no teste da humidade relativa.
Figura 5 – Painel final encaixado na caixa onde
foram realizados os testes de qualidade
Chegamos à conclusão que a utilização de areia no interior das garrafas de um litro e meio, que ocupavam maior parte da área interior dos caixilhos, fez com que saíssemos prejudicados em relação ao peso uma vez que a areia em comparação, por exemplo, à esferovite ou ao cartão é muito mais pesada.
A utilização de garrafas para o preenchimento do interior do caixilho também não foi uma boa opção visto que entre estas ficaram espaços que depois tiveram de ser preenchidos por outro tipo de material que não era da mesma natureza do das garrafas obrigando assim a criar uma proteção para não condicionar a impermeabilidade do caixilho.
Figura 6 – Teste realizado ao peso do painel
Figura 7 – Medição das características do som emitido do lado exterior da caixa onde foram
realizados os testes da resistência acústica
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A existência destes espaços e o facto de o seu preenchimento não ser o mais adequado também afetou a resistência térmica visto que através desses espaços o calor que foi produzido pela lâmpada no teste realizado conseguia escapar para o exterior. De certa forma a existência destes espaços também prejudicou a resistência acústica visto que o som podia passar por estes. O que impediu piores resultados nesse parâmetro foi a utilização de fita cola e uma espuma isoladora de cima a baixo no lado interior do caixilho.
Tabela 2 – Resultados obtidos nos testes de peso, resistência acústica, resistência térmica e humidade relativa
Figura 8 – Medição das características do som
emitido dentro da caixa onde forma realizados os
testes de resistência acústica
Figura 9 – Teste realizado para a resistência térmica
Figura 10 – Teste feito à resistência dos cubos
Figura 11 – Teste feito à resistência dos cubos
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Conclusão Após a realização deste projeto, podemos concluir que o desenvolvimento do trabalho nos permitiu compreender que os materiais têm resistências diferentes, quais os melhores materiais a escolher e como planificar e concretizar nove painéis com materiais recicláveis, começando a conhecer também o que é realmente a Engenharia Civil. Ao longo do projeto, aprendemos a tomar decisões quanto ao planeamento do trabalho, quanto à escolha dos materiais e a trabalhar em equipa para realizar o melhor trabalho possível. Graças ao Projeto FEUP, conseguimos assim uma melhor integração tanto na instituição como no curso em si, aprendendo novas capacidades e tendo a oportunidade de as por em prática.
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Bibliografia
➢ https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3589132/mod_resource/content/0/Condutividade%20T%C3%A9rmica.pdf – 20/10/2017
➢ http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=248&Itemid=#2 – 20/10/2017
➢ http://www.fq.pt/som/33-propagacao-do-som – 21/10/2017 ➢ http://www.acusticateoria.com.br/isolacao-acustica/ – 21/10/2017
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Assinaturas
Ana Matilde Leão Ferreira
Beatriz Grande de Azevedo
Bruna Luísa Costa Santos
Henrique de Sá Faria
Sebastião Calheiros de Brito Pinto Sampaio