Simpósio: Desempenho Térmico

de Sistemas Construtivos Alternativos

06, 07 e 08 de Agosto de 2003 – Natal – RN

DESEMPENHO TÉRMICO DE PAREDE COM BLOCO DE CONCRETO LEVE

Thermal performance of a wall of LCB – light concrete block

Luciano André Cruz Bezerra1

Thiago de Lima Gurgel2

José Ubiragi de Lima Mendes2

George Santos Marinho2

1 Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

2 Departamento de Engenharia Mecânica – CT – UFRN

Campus Universitário – Lagoa Nova Natal/RN – CEP: 59072-970

ABSTRACT

Experiments were made to verify the effects of the use of EPS (expanded polystyrene) as

aggregating of concrete on the thermal performance of the masonry of walls of buildings.

Two types of concrete were considered: the so called “conventional” was made of cement,

sand, stone and water – conventional block (CB); the other was made of cement, sand,

EPS and water, and was called by “light concrete”. Moreover, the light concrete block

(LCB) has a plate of EPS in the core; so, the LCB was a sandwich, with 2 layers of light

concrete (each one with 0,03m of thickness) and a layer of EPS (with 0,04m of tickness).

Each type of blocks was used to construction of a wall between two contiguous rooms.

The temperature of one of the two rooms was conserved down the external vicinity by air-

conditioners. In the other room, we had mounted a thermal radiation source, to warm that

face of the wall. That source was composed by a bank of incandescent lamps, positioned

about 1m far from the wall face. When the lamps were turned on, a heating flow passes

through the blocks, in the direction of the so-called “cold room”. A data acquisition system

to the registration of the signal of thermocouples fixed at the wall were used to the

registration of temperature variations. The analysis of the results of the experiments allow

to define the viability of the use of EPS as aggregate of concrete to reduce the heating

flow through wall from the external heating sources, as the solar radiation. In this specific

case, it is possible to reduce the energy required to attain the thermal comfort situation in

the interior of the homes, specially in the cities located at low latitudes – as it is the case of

the Northeast of Brazil.

Key-words: LCB – light concrete block, thermal insulation, EPS.

RESUMO

Objetivando-se verificar os efeitos da utilização do poliestireno expandido (eps)

empregado como agregado para concreto, sobre o desempenho térmico de alvenaria

destinada à vedação de edifícios, foram realizados experimentos considerando-se

paredes construídas com blocos fabricados a partir de dois tipos de concreto, que a

princípio distinguem-se pela composição da mistura que os integra. Um dos tipos de

concreto utilizado foi o denominado “concreto comum” ou “convencional”, cujos

componentes básicos são: cimento, areia, brita e água. O outro tipo, neste caso em

particular, constitui um sistema construtivo que agrega flocos de eps à composição do

concreto, em substituição à pedra britada, formando um “concreto leve”. Além disso, os

blocos de concreto leve receberam em seu interior uma placa de eps, formando uma

seção transversal do tipo sanduíche, com camadas de 0,03m, 0,04m e 0,03m, alternando-

se, respectivamente, concreto leve e eps. As paredes tomadas como corpos de prova

foram erguidas no local onde anteriormente havia uma abertura entre duas salas

contíguas, uma das quais foi mantida a temperatura abaixo da temperatura ambiente e na

outra, posicionou-se uma fonte de calor radiante voltada diretamente para a face da

parede, a uma distância de 1m. Tais medidas justificaram-se pela necessidade de

intensificar o fluxo de calor de forma que as quantidades obtidas pudessem ser utilizadas

como parâmetros de avaliação e comparação do desempenho térmico dos sistemas

construtivos estudados. Os resultados obtidos nesta pesquisa revelaram a viabilidade de

empregar-se o eps como material constituinte da mistura para concreto, com a finalidade

de fabricar alvenaria de vedação capaz de comportar-se também como isolamento

térmico entre o meio externo e o interior da edificação.

Palavras-chave: concreto leve, isolamento térmico, EPS.

INTRODUÇÃO

Nas duas últimas décadas, as facilidades proporcionadas pelos sistemas de ventilação e

climatização artificiais induziram a uma despreocupação com o consumo de energia

elétrica para obtenção de conforto térmico.

Nesse período, a construção civil concebeu ambientes onde o conforto térmico dependia

exclusivamente desses sistemas.

Atualmente, as edificações são responsáveis por 42% do consumo de energia elétrica

(Lamberts et al, 1997), sendo parte desse consumo devido aos sistemas de

climatização. O mesmo autor afirma que é possível reduzir em 30% o consumo de

energia em prédios já construídos e em até 50% em novas construções.

Um dos fatores a ser considerado é o de atrelar o conforto ambiental à redução do

consumo de energia, tendo em vista que parte do consumo destina-se a esse fim.

Várias técnicas vêm sendo aplicadas para reduzir os custos relativos à climatização.

Utilizar materiais de baixa densidade como agregado para concreto empregado na

fabricação de blocos para alvenaria de vedação é uma delas.

Em termos econômicos, Cassa et al (2001), afirmam que o uso de agregado reciclado

apresenta vantagens em relação aos agregados naturais, podendo-se chegar a

diferenças de custos finais de até 50%.

Esse fato pode ser aproveitado para promoção de benefícios sociais, através da

ampliação da oferta pública de infra-estrutura urbana e habitação popular.

O uso do eps em obras civis é uma tecnologia comprovadamente viável para conservação de

energia, necessitando apenas maior divulgação de suas qualidades.

Na Europa, a construção civil responde por 65% do consumo de eps, enquanto no Brasil

chega a apenas 4% (Krüger et al, 1999).

Além dos benefícios econômicos oriundos da utilização de eps reciclado na construção

de blocos de concreto leve, a retirada deste material do ambiente e seu confinamento

nos elementos componentes das edificações já justificaria seu uso como material de

construção.

Desse modo, o conhecimento das propriedades térmicas dos materiais de construção

constitui o ponto de partida para abordagem do problema da transferência de calor

através da alvenaria de vedação das edificações.

Assim, escolhendo-se corretamente o tipo de material a ser utilizado nas construções,

pode-se chegar à concepção de sistemas alternativos com capacidade para reduzir a

carga térmica divida a radiação solar, que atravessa as paredes das habitações.

No presente trabalho, considerou-se o eps reaproveitado como material utilizado como

agregado para concreto leve e analisou-se o desempenho térmico de uma parede

construída com esse material.

METODOLOGIA

Os experimentos foram realizados utilizando-se os seguintes elementos materiais:

Sistema de aquisição de dados (SAD) – composto por um microcomputador equipado

com placa de aquisição de dado dotada de compensação automática de junta fria, e

termopares tipo T – cobre-constantan: temperatura de trabalho de –190ºC a 370ºC, de

acordo com Borchardt e Gomes (1979). Na fig. 1 apresenta-se o SAD citado.

Fig. 1 – Sistema de aquisição de dados.

Fonte de calor – utilizada como fonte radiante para aquecimento de uma das faces das

paredes avaliadas, o aparato era formado por um conjunto de lâmpadas incandescentes,

com 200W cada, dispostas tal como mostrado na fig. 2.

Fig. 2 – Fonte radiante de calor.

Corpos de prova – foram construídas paredes para cada tipo de bloco considerado, tendo

sido utilizadas como corpos de prova.

Posicionadas em lugar de uma abertura preexistente, as paredes dividiam dois ambientes

que ficavam fechados durante os experimentos, evitando a interferência de rajadas de

vento.

Um desses ambientes teve sua temperatura mantida por volta de 22ºC, através de

condicionadores de ar.

O outro continha uma fonte de radiação térmica utilizada para aquecer uma das faces das

paredes.

A montagem foi feita de acordo com a fig. 3.

Fig. 3 – Corpo de prova: montado e instrumentado.

Para as seções consideradas, convencionou-se o seguinte:

Seção I – Face da parede voltada para o interior da sala climatizada;

Seção II – Face da parede voltada para a fonte de radiação térmica.

Blocos de concreto leve - foram construídos agregando-se eps à mistura de cimento areia

e água.

Também foram colocadas placas de eps no interior dos blocos, compondo um elemento

de seção transversal na forma de sanduíche:

. 0,03m de concreto leve;

. 0,04m de EPS;

. 0,03m de concreto leve

Na figura 4 encontra-se representada uma amostra do bloco de concreto leve utilizado

nos experimentos da presente pesquisa.

(a)

0,04m0,03m 0,03m

(b)

Fig. 4 – (a) Blocos de concreto leve; (b) dimensões e seção transversal.

Adotou-se a seguinte convenção para os blocos avaliados:

BP bloco padrão, construído em concreto comum.

BCL 6_10 bloco de concreto leve com proporção de eps/areia igual a 6/10, em

relação a um saco de cimento (50kg).

RESULTADOS E ANÁLISES

Como o concreto leve apresenta em sua composição um material de baixa resistência à

compressão (eps), além dos experimentos para avaliar o desempenho térmico dos

sistemas construtivos empregados foi necessário realizar-se ensaios para verificar a

resistência à compressão dos blocos de modo que seu emprego como alvenaria de

vedação esteja respaldado por documento normativo.

As normas utilizadas como referência foram a NBR 6461 e a NBR 7171 que, embora se

refiram especificamente a blocos cerâmicos, o método de ensaio e as especificações de

resistências mínimas referem-se à aplicação (no caso, vedação) e não ao tipo de material

do qual os blocos são fabricados.

Os valores mínimos exigidos pela norma e o valor obtido nos ensaios, realizados no Laboratório de

Concreto da UFRN, se encontram na tabela 1.

Tabela 1 – Resistência à compressão de alvenaria de vedação.

Alvenaria de vedação

Resistência (MPa)

Categoria Mínima

Bloco de concreto

leve

A

1,5

B

2,5

3,88

Pode-se observar na tabela 1 que o bloco de concreto com eps cumpre com os padrões

de resistência à compressão, exigidos pela NBR 7171.

Quanto ao desempenho térmico, nas figuras 5 e 6 pode-se observar os gráficos de

temperaturas médias em função do tempo, traçados a partir dos dados coletados.

0 5 10 15 20 25

25

30

35

40

45

50

55

Tem

pera

tura

(o C)

Tempo (h)

Seção II Seção I

Fig. 5 - Temperaturas médias do “bloco padrão”.

0 5 10 15 20 25

25

30

35

40

45

50

55

Tem

pera

tura

(o C)

Tempo (h)

Seção II Seção I

Fig. 6 – Temperaturas médias do bloco “BCL6_10”.

Na tabela 2 estão as médias de temperaturas para as últimas cinco horas de cada

experimento.

Tabela 2– Diferença de temperatura entre as seções I e II.

Temperaturas (ºC)

BP

BTL6_10

TII

43,7

51,3

TI

34,7

27,5

∆T = TII – TI

9,0

23,8

Como revela o comportamento dos gráficos mostrados nas fig. 5 e 6, o bloco de concreto

leve apresentou um gradiente de temperatura superior ao do BP.

Esta superioridade encontra-se quantificada na tabela 2, onde se pode constatar um

aumento de 164,44% do ∆T em relação aos blocos avaliados.

CONCLUSÕES

A partir da análise dos dados coletados, pôde-se concluir que:

a) os blocos de concreto com agregado de eps apresentam valores de resistência

mecânica que atendem às normas NBR 6461 e NBR 7171, servindo, portanto, para

uso como alvenaria de vedação;

b) A metodologia utilizada na pesquisa mostrou-se adequada às analises dos

desempenhos térmicos dos elementos construtivos;

c) O desempenho térmico dos blocos com eps deixou evidente a vantagem do seu

uso como forma de reduzir a transferência de calor do meio para outro.

Comparando-se ao bloco padrão a diferença de temperatura entre as faces

aquecida e resfriada da parede com blocos de concreto leve aumentou em

164,44%;

d) além da contribuição para a melhoria do conforto térmico dos usuários das

edificações, o reaproveitamento do eps na forma de agregado para a construção

civil, também permite reduzir o impacto causado pelo descarte desse material no

meio ambiente.

e) a diminuição da quantidade de energia transferida para o interior das edificações

possibilita economia de energia elétrica necessária à climatização de ambientes.

Esse fato deve ser mais evidente em edificações comerciais e públicas.

BIBLIOGRAFIA

BORCHARDT, I. G. e GOMES, A. F. Termometria Termoelétrica: Termopares. Ed. Sagra

S. A.; Porto Alegre-RS; 1979, 2ª ed. 79p.

CASSA, J. C. S. et al. Reciclagem de entulho para a produção de materiais de

construção. EDUFBA; Salvador-BA; Caixa Econômica Federal; 2001, 312p.

KRÜGER. G. V. Avaliação comparativa de desempenho térmico de painéis de vedação

para edificações em estruturas metálicas. In: Anais do 2º Encontro Latino-Americano

de Conforto no Ambiente Construído, Fortaleza, 1999, em CD-ROM.

LAMBERTS, R. e DUTRA, L. e PEREIRA, F. O. R. Eficiência energética na Arquitetura.

São Paulo: P.W., 1997, 192p.

NBR 6461. Bloco cerâmico para alvenaria – verificação da resistência à compressão.

Método de ensaio. ABNT, 1983.

NBR 7171. Bloco cerâmico para alvenaria. Especificações. ABNT, 1983.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao apoio obtido junto aos seguintes fomentadores da pesquisa

Direção do Núcleo Tecnológico Industrial – NTI de UFRN

Direção do Centro de Tecnologia – CT da UFRN

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica – PPGEM-CT-UFRN.

Prof. Marciano Furukava

Equipe CT ENERG

Empresa TECLEVE Ind. Com. Ltda.

APOIO

A realização da pesquisa descrita neste trabalho só se tornou possível graças ao

financiamento do CNPq, através do Projeto CT ENERG – Processo N° 552.372/01-3.