SISTEMAS DE ARGAMASSA TERMO ISOLANTE
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- Carolina Bastos Rocha
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1 1 SISTEMAS DE ARGAMASSA TERMO ISOLANTE EIJI FUKUI (1) ; ALINE TANABE (1) ; ISAC JOSÉ DA SILVA (1) (1) Votorantim Cimentos - eiji.fukui@vcimentos.com.br; ext.aline.tanabe@vcimentos.com.br; isac.silva@vcimentos.com.br RESUMO O uso de materiais mais sustentáveis na construção civil pode trazer diversos benefícios econômicos e ambientais. Este artigo apresenta um sistema diferenciado de isolamento térmico para as edificações. A argamassa composta com agregados de poliestireno expandido (EPS) apresenta densidade de massa abaixo de 500 kg/m³. Foram testados dois sistemas de mistura: eixo horizontal e por tombamento. A determinação da condutividade térmica da argamassa termo isolante foi de acordo com a EM12667, enquanto que para os blocos cerâmicos, blocos de concreto estrutural, parede de concreto e argamassas comuns a condutividade térmica foi determinada de acordo com NBR /2005. Foi calculada a resistência térmica dos diferentes sistemas compostos pelo tipo de alvenaria, argamassa de revestimento e presença ou ausência da argamassa termo isolante. De acordo com o estudo realizado é possível obter uma argamassa termo isolante de excelente homogeneização, capaz de aumentar a resistência térmica quando aplicado entre a alvenaria e a argamassa de revestimento. Palavras-chave: Argamassa termo isolante, resistência térmica, EPS. THERMAL INSULATION RENDER ABSTRACT The use of more sustainable materials in construction can bring many economic and environmental benefits. This article presents a forward-looking system of thermal
2 2 insulation for buildings. The mortar made with EPS aggregates presented mass density below 500 kg / m³. Two mixing systems were tested: horizontal axis and tipping. The thermal conductivity of the thermal insulation mortar was determined according to the EM The thermal conductivity of ceramic bricks, concrete structural block common mortar and concrete walls was determined according to the NBR /2005. The thermal resistance was calculated to different types of systems composed by masonry mortar coating and presence or absence of mortar thermal insulation. According to the present study it is possible to obtain an excellent thermal insulation mortar homogenization, capable of increasing the thermal resistance when applied between the brickwork and mortar coating. Keywords: Thermal Insulation Render, thermal resistance, EPS.
3 3 1. INTRODUÇÃO A energia está presente nas atividades diárias do homem. É notório que o desenvolvimento tecnológico de uma nação acarreta maior demanda por esse recurso (1). Na década de 90, as edificações residenciais, comerciais e públicas foram responsáveis pelo consumo de 42% da energia elétrica gerada no Brasil (2). Em 2009, esse setor consumiu cerca de 50% da energia produzida (3). O consumo de energia elétrica cresce mais que a oferta interna de energia (4). Isso é resultado do crescente investimento do governo em políticas públicas voltadas para a facilidade de crédito e expansão das redes elétricas, além de fatores econômicos como o aumento crescente na renda da população (3). A partir do final da década de 80, o conforto térmico proporcionado pela facilidade do uso de sistemas de ventilação e climatização artificiais gerou despreocupação por parte das pessoas com relação ao consumo de energia elétrica (5). Estudos mostram que haverá um aumento de pelo menos 87% na demanda por energia até Isso poderá causar excedentes nos custos operacionais, aumentar o impacto ambiental e a possibilidade de ocorrência de novos "apagões" (6). Com a perspectiva de aumento na demanda mundial por energia, inclusive aquela que é consumida em edifícios, estuda-se a aplicação de novos materiais com propriedades de armazenamento térmico mais adequado (1). O Nordeste brasileiro é contemplado com um intenso fluxo de calor durante o ano, aproximadamente 560 W/m 2. Por conta disso, nos locais fechados a sensação é de desconforto. Devido a este problema propõem-se as seguintes alternativas: alteração do projeto, ou até mesmo substituição de materiais convencionais utilizados no âmbito da construção civil (5). Nesse contexto surgem alternativas como: uso de placa cimentícea sobre as paredes externas, utilizando lã de rocha entre as duas bases. Outras opções, que tem o apelo de sustentabilidade ambiental são propostas: instalação de toldos, pérgulas e também o uso de vegetação em telhados (7).
4 4 Outros materiais de origem orgânica podem ser utilizados como: o Poliestireno Expandido, que pode ser utilizado como agregado graúdo, ou como parte do sistema (em camada) no formato de uma placa. A temperatura, o teor de umidade e densidade de massa do EPS influenciam diretamente no coeficiente de condutividade térmica. Algumas pesquisas consideram os efeitos de variação de densidade na taxa de transferência de calor (5,8). A Tabela I apresenta algumas das principais características dos matérias mais utilizados. Tabela 1 Densidade de massa aparente ( ), Condutividade térmica ( ), Calor específico (c) (9). Material c (kg/m 3 ) (W/m.K) (kj/kg.k) Argamassa comum ,15 1 Concreto normal ,75 1 Tijolo de barro ,70 0,92 Gesso projetado ,50 0,84 Poliestireno expandido moldado ,04 1,42 O poliestireno expandido utilizado como material de baixa condutibilidade térmica mostra-se eficiente. Faltando realizar mais testes como propósito de se aplicar esse material como um isolante térmico (5). Além disso, o EPS pode ser reciclado e utilizado na construção civil, reduzindo o custo da habitação e contribuindo para um destino correto para o resíduo (10). Segundo Krüeger (1999) apud Bezerra (2003), na Europa a construção civil responde por 65% do consumo de EPS, enquanto que no Brasil chega a apenas 4 % (5). Este trabalho tem como objetivo apresentar uma solução prática e sustentável, para melhorar o conforto térmico das edificações, e diminuir o consumo de energia utilizado para refrigerar os ambientes internos. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Materiais
5 5 A argamassa termo isolante é bi-componente, e é composta pelos seguintes materiais: cimento portland, filler calcário, areia de quartzo e pérolas de EPS. As partes constituintes da matriz cabível aos aditivos possuem um montante de aproximadamente 6% da composição. Os aditivos integrantes da matriz do sistema incluem aditivos químicos como éteres de celulose, policarboxilatos, polímeros, fibras e carbonatos. O revestimento aplicado sobre a argamassa termo isolante é composta por cimento portland, filler calcário, areia artificial calcária, areia de quartzo e aditivos químicos. Os aditivos químicos responsáveis pela alteração reológica desta argamassa são: éteres de celulose, polímeros e incorporadores de ar e apresentam um montante de aproximadamente 3% sobre a quantidade de argamassa anidra. A parede de concreto, fabricada no laboratório da Votorantim Cimentos, apresenta fck de 38 MPa, ensaio realizado conforme NBR 5738/2008 (11). A massa específica no estado a fresco do concreto determinada de acordo com a NBR NM 47/2002 (12). Os blocos de concreto são blocos estruturais com fbk declarado de 8,0 MPa com dimensões de 19 cm de altura, 14 cm de espessura e 39 cm de comprimento. Os blocos cerâmicos são blocos estruturais com fbk declarado de 6,0 MPa, com dimensões de 19 cm de altura, 14 cm de espessura e 29 cm de comprimento. As argamassas Matrix 3202 Chapisco Adesivo para Concreto e Matrix 3203 Chapisco Projetado para Alvenaria, ambas fabricadas pela Votorantim Cimentos, foram utilizadas como ponte de aderência entre o substrato e as argamassas Métodos Determinação da condutividade térmica da argamassa Termo Isolante A condutividade térmica (λ) da argamassa termo isolante foi determinada por um analisador de condutividade térmica HESTO modelo HLC 90 no laboratório da Wacker (Alemanha) seguindo a norma europeia EN 12667/2001 (13). O ensaio de densidade a fresco da argamassa foi realizado no Brasil conforme NBR 13278/2005 (14).
6 6 Para determinar resistência térmica (R) do bloco cerâmico, bloco concreto estrutural, parede de concreto e argamassas industrializadas, a condutividade térmica (λ) utilizada foi à indicada na tabela B.3 da NBR /2005 (9) Calculo da resistência térmica Os cálculos de resistência térmica (R) de um componente de camadas não homogêneas de ambiente para ambiente foram determinadas de acordo com a equação (A) prescrita na NBR /2005 (9). R t R R R (A) se t si Onde: R se (Resistência superficial externa) e R si (Resistência superficial interna) são fornecidos pela NBR /2005 (9) tabela A.1, e R t é determinado pela fórmula (B). R t Aa Ab... A Aa Ab... A R R... R a b n n n (B) Onde: A a, A b,..., A n são as áreas de cada seção, e R a, R b...r n são as resistências térmicas de superfície à superfície para cada seção (a, b,..., n), determinada pela expressão (C). R t R R... R R R 2... R t1 t2 tn ar1 ar arn (C) Onde: R ar1, R ar2, R arn são as resistências térmicas das n camadas de ar, obtidas na tabela B.1. Os valores de R t1, R t2, R tn são determinados pela expressão (D). e R (D) Onde: e é a espessura de uma camada e, λ é a condutividade térmica do material Sistema de mistura e aplicações Para a avaliação do sistema de mistura foram utilizados dois sistemas diferentes, ambos por batelada. O primeiro sistema analisado utiliza um misturador de eixo horizontal com mistura forçada, o segundo sistema utiliza o sistema por tombamento
7 7 (betoneira). As aplicações foram realizadas em paredes de concreto, paredes de bloco cerâmico, e paredes de bloco de concreto estrutural. As espessuras das aplicações da argamassa termo isolante foram de aproximadamente 2,5 cm de espessura. Sobre a argamassa termo isolante foi aplicada mais um revestimento de cerca de 0,5 cm de espessura com a finalidade de proteger a argamassa termo isolante (Figura 1). Figura 1 Sistema de revestimentos Resistência de Aderência à tração na flexão As determinações de resistência de aderência à tração na flexão da argamassa termo isolante foram determinadas de acordo com a NBR 13528/2010 (15) os ensaios foram realizados em aplicações contendo ponte de aderência e aplicadas diretamente sobre os subtratos. Todos os cortes executados chegaram ao substrato. O revestimento sobre a argamassa termo isolante foi aplicado com espessura aproximada de 0,5 cm. Para essa determinação os cortes chegaram apenas a superfície da argamassa termo isolante, a qual foi definida como substrato para a avaliação dos ensaios de aderência. O sistema constituinte possui aproximadamente 3,0 cm contendo 2,5 cm de argamassa termo isolante, e 0,5 cm de argamassa industrializada da Votorantim Cimentos.
8 8 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES Condutividade Térmica da Argamassa Termo Isolante De acordo com os resultados obtidos e apresentados na Tabela II, a argamassa termo isolante apresenta a menor condutividade térmica (λ) entre as argamassas listadas. Quando comparada com a argamassa celular, argamassa de cal e argamassa comum de cimento e areia, a argamassa termo isolante possui uma condutividade térmica menor com valores aproximados de 76%, 86% e 92% respectivamente. Outro ponto importante a ser considerado, listado na Tabela II, é a densidade de massa aparente (ρ) das argamassas. A argamassa termo isolante apresenta a menor densidade, logo apresenta o maior rendimento (kg/m²). A baixa densidade da argamassa termo isolante, indica que para o cálculo de consumo serão necessários cerca de 17 kg de argamassa por m² para 2,0 cm de espessura, comparando com uma argamassa comum a mesma aplicação consumirá aproximadamente de 32kg/m². Tabela 2 Densidade de massa aparente e condutividade térmica. Material ρ (kg/m³) λ (W/(m.K)) Argamassa termo isolante 436 0,0975 Argamassa comum ,15 Argamassa de cal ,7 Argamassa celular , Resistência térmica do sistema Comparando os resultados apresentados na Tabela III, é possível constatar que a resistência térmica da argamassa termo isolante é aproximadamente 10 vezes maior que as argamassas convencionais.
9 9 Tabela 3 Resistência Térmica das Argamassas Argamassa Espessura Resistência Térmica (m²k)/w Termo Isolante 3,0 cm 0,26 Comum 3,0 cm 0,026 O sistema constituinte das paredes sem a argamassa termo isolante possui aproximadamente 3,0 cm de revestimento externo e interno, as alvenarias são de parede de concreto, bloco cerâmico e bloco de concreto, com espessura de 14 cm. O sistema com as aplicações da argamassa termo isolante, Figura 2, possui aproximadamente 3,0 cm de revestimento externo, 2,5 cm da argamassa termo isolante aplicada internamente, mais 0,5 cm de argamassa projetada da Votorantim Cimentos, as alvenarias são as mesmas citadas anteriormente. Figura 2 Sistema composto pela argamassa termo isolante e revestimentos As resistências térmicas dos sistemas, apresentados na Tabela lv, indicam que a utilização da argamassa termo isolante aumenta a resistência térmica dos sistemas em aproximadamente 80% para paredes de concreto, 65% para paredes de bloco de concreto e 58% para paredes de bloco cerâmico.
10 10 Tabela 4 Resistência térmica dos sistemas sem e com argamassa termo isolante Alvenaria Sem argamassa Termo Isolante (m²k)/w Com argamassa Termo Isolante (m²k)/w Concreto 0,30 0,54 Bloco de Concreto 0,37 0,61 Bloco Cerâmico 0,41 0,65 Conforme prescrito na expressão (D) do item 2.2.2, R é a resistência térmica de um componente a qual é diretamente proporcional à espessura do material. O Gráfico 1, apresenta os resultados de resistência térmica do sistema (Figura 2), obtido a partir da variação da espessura da camada de argamassa termo isolante, para os outros revestimentos a espessura manteve-se constante. Figura 3 Resistência térmica dos sistemas Mistura Para os testes de mistura da argamassa termo isolante, foram utilizados dois sistemas muito comuns em obras. O primeiro sistema (betoneira), o qual a mistura da argamassa é realizada por tombamento, se mostrou ineficiente devido à baixa densidade do agregado. Ao executar a mistura nesse sistema, grande parte da argamassa termo isolante ficou impregnada na parede do equipamento, não sendo possível obter uma argamassa homogênea e acima da densidade determinada em laboratório.
11 11 O segundo equipamento (misturador de eixo horizontal), realiza a mistura forçada. Para esse tipo de equipamento a mistura foi eficiente, chegando à densidade determinada em laboratório para a aplicação da argamassa termo isolante Aplicação Os testes de aplicação foram executados pelo sistema manual, utilizando colher de pedreiro, e aplicação pelo sistema de projeção. O principal fator analisado, e impactante no resultado de aderência, para a aplicação foi o bolsão de ar formado entre a argamassa e o substrato. Figura 4 Aplicação pelo sistema de projeção As aplicações manuais apresentaram muitas falhas por causa do ar aprisionado entre a argamassa e o substrato. Para as aplicações pelo sistema de projeção (Figura 2) esse tipo de falha no sistema não foi detectada Resistência de aderência à tração Substrato - Argamassa Termo Isolante. A determinação da resistência de aderência à tração da argamassa termo isolante foi executada em diversos sistemas com e sem a argamassa de chapisco. Para os sistemas de blocos de concreto e blocos cerâmicos a ruptura ocorreu na argamassa termo isolante.
12 12 Para a parede de concreto, sem chapisco, os resultados foram próximos de 0,02 MPa e sua ruptura ocorreu na interface argamassa/substrato. No sistema contendo chapisco a ruptura ocorreu na argamassa termo isolante. O Gráfico 2 apresenta um resumo das resistência de aderência à tração obtidas de todos os sistemas executados. Conforme NBR 13749/1996 (16), a resistência mínima para revestimentos internos de paredes e tetos deve ser maior ou igual a 0,20 MPa. O sistema aplicado sobre a parede de concreto sem chapisco não foi eficiente, devido a dificuldade da ancoragem da matriz da argamassa termo isolante ao substrato. Figura 5 - Resistência de Aderência a Tração (Argamassa Termo Isolante) Argamassa Termo Isolante Revestimento projetado Para essa determinação, a argamassa termo isolante foi considerada como substrato. A argamassa projetada foi aplicada em espessuras de 0,5 cm sobre a argamassa termo isolante. Todos os cortes foram executados até chegar ao substrato (argamassa termo isolante). As determinações da resistência de aderência à tração do revestimento projetado sobre a argamassa termo isolante apresentaram ruptura no substrato, ou seja, na argamassa termo isolante. O revestimento apresentava idade de 28 dias, enquanto que a argamassa termo isolante apresentava idade de 60 dias na data dos
13 13 arrancamentos, as resistências obtidas foram acima de 0,30 MPa para as idades citadas. 4. CONCLUSÃO A partir dos resultados apresentados neste trabalho foi possível calcular a eficiência térmica da utilização da argamassa termo isolante. A utilização da argamassa termo isolante aumenta a resistência térmica para todos os sistemas analisados. Os experimentos mostram que tanto a mistura, quanto a aplicação devem ser realizados conforme os testes executados. De acordo com a NBR (16) a resistência de aderência da argamassa termo isolante atende aos requisitos para aplicações internas. O alto rendimento em sua aplicação, cerca de 8,5 kg/m² para 1 cm de espessura, possibilita uma redução de aproximadamente 50% da carga sobre a estrutura, proveniente dos revestimentos. 5. REFERÊNCIAS 1. PARAMESHWARAN, R. ET. AL. Sustainable thermal energy storage technologies for buildings: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. v. 16, p , LAMBERTS, R.; DUTRA,L.; PEREIRA,F.O.R. Eficiência energética na Arquitetura. São Paulo: P.W., 1997, 192p. 3. MORISHITA, C. Impacto do regulamento para eficiência energética em edificações no consumo de energia elétrica do setor residencial brasileiro f. Tese (Mestrado)- Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, BEN - Balanço Energético Nacional. Síntese do relatório final. Ano base Rio de Janeiro: EPE BEZERRA, A. C. Análise do desempenho térmico de sistema construtivo de concreto com EPS como agregado graúdo Tese (Mestrado)- Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2003.
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