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Title: Caracterização das propriedades térmicas e acústicas de betonilhas com incorporação de cortiça
Authors: Moreira, Anabela Mendes 
Orientador: Tadeu, António
António, Julieta
Keywords: Betonilhas com cortiça; Propriedades higrotérmicas; Desempenho acústico; Modelos numéricos; Construção sustentável
Issue Date: 26-Mar-2014
Citation: MOREIRA, Anabela Mendes - Caracterização das propriedades térmicas e acústicas de betonilhas com incorporação de cortiça. Coimbra : [s.n.], 2014. Tese de doutoramento. Disponível na WWW: http://hdl.handle.net/10316/23811
Abstract: A actividade humana é a principal causa do aquecimento global do Planeta e das consequentes alterações climáticas. Perante este cenário, facilmente se compreende a necessidade imperiosa de reduzir consumos energéticos e incentivar o uso de materiais de baixo impacto ambiental e, assim, diminuir o consumo de matérias-primas e a emissão de gases nocivos. A utilização de materiais que não impliquem demasiados processos industriais poderá, assim, minimizar a emissão de gases com efeito de estufa, contribuindo para o desenvolvimento de uma indústria de construção mais sustentável. Nesta perspectiva, a utilização de materiais autóctones e abundantes ou de subprodutos industriais afigura-se uma excelente resposta às preocupações ambientais. Compreende-se, assim, os benefícios que advêm da sua utilização e o interesse nos estudos que investigam as suas potencialidades como materiais alternativos aos materiais de construção. A cortiça é um material natural, renovável e reciclável que preenche a totalidade dos requisitos anteriores. Portugal detém a maior mancha florestal de sobreiro do mundo. A cortiça é um material de reduzida massa volúmica com excelentes propriedades térmicas e acústicas e os seus desperdícios industriais podem ser usados como agregados na composição de materiais de base cimentícia, tais como betões, argamassas e betonilhas. As betonilhas convencionais são constituídas por cimento, água e agregados e destinam-se à realização de camadas de forma/enchimento sobre lajes de betão estrutural, podendo, subsequentemente, receber materiais de revestimento, tais como parquet de madeira, elementos cerâmicos ou materiais vinílicos. O presente trabalho centra-se no estudo de betonilhas leves contendo cimento, areia e água e nas quais a areia foi parcialmente substituída por desperdícios de cortiça, na forma granular, proveniente da indústria transformadora. Foram desenvolvidas diversas composições que culminaram na definição de três betonilhas leves com distintas dosagens de cimento, areia, água e incorporando agregados de cortiça expandida (ECG) e de três betonilhas com as mesmas dosagens de cimento, mas apenas com areia e água (betonilhas de referência). O principal objectivo do estudo consistiu na avaliação do desempenho mecânico, higrotérmico e acústico das referidas betonilhas leves com ECG. Para este efeito foram realizados ensaios laboratoriais, para caracterização destas betonilhas e para validação de modelos de simulação numérica que permitam antever os desempenhos térmico e acústico de outras soluções construtivas, não testadas laboratorialmente no âmbito da presente dissertação. Avaliaram-se experimentalmente a massa volúmica, a resistência mecânica à compressão, a condutibilidade térmica, a permeabilidade ao vapor de água, as curvas de adsorção higroscópica e a absorção de água por imersão parcial. De forma a comparar alguns resultados dos ensaios de caracterização higrotérmica e compreender a influência da presença de ECG, em materiais compósitos de base cimentícia, o estudo incluiu, ainda, quatro argamassas constituídas por cimento, água e diversos agregados (i.e. agregados de argila expandida, agregados de poliestireno expandido, areia e ECG) e betões leves estruturais com várias proporções de ECG. As betonilhas leves com ECG foram inseridas em soluções construtivas de pavimento como elemento final de revestimento e simulando camadas resilientes sob lajetas flutuantes. O desempenho acústico destas soluções foi determinado realizando ensaios de isolamento a sons de percussão nas câmaras acústicas verticais do ITeCons. Estas câmaras foram construídas durante a realização deste trabalho, pelo que se inclui nesta dissertação os trabalhos realizados na preparação e validação destes equipamentos. Realizaram-se, em simultâneo, ensaios para a determinação da rigidez dinâmica aparente destas betonilhas que permitiram relacionar estes resultados com os obtidos nas câmaras acústicas. A validação do modelo numérico com resultados experimentais permitiu concluir que este pode ser aplicado na simulação de outras soluções construtivas incluindo camadas com as betonilhas leves de ECG. O comportamento térmico das betonilhas desenvolvidas, em regime dinâmico, permitiu em conjunto com os modelos de simulação numérica, determinar de forma indirecta o seu calor específico. As simulações numéricas dinâmicas permitiram antever o atraso térmico conferido por diferentes sistemas de pavimentos concebidos intercalando as betonilhas leves desenvolvidas.
Nowadays, human activity is the main cause of global warming and climate changes. Thus, the sustainability agenda simultaneously demands energy conservation alongside the use of low impact materials to reduce the consumption of raw materials and prevent the emission of the harmful gases that lead to global warming. The use of environmentally friendly materials can help reduce greenhouse gas emissions and therefore encourage the development of a sustainable construction industry. The use of native materials and exploitation of industrial waste are interesting solutions which can address both energy and environment concerns. Indeed, studies on the potential of industrial waste as an alternative to the usual materials are extremely useful for the construction materials industry and the physical and mechanical characterization of such waste materials is essential to understand their behavior and to build suitable mathematical models. Cork, as a natural resource that is renewable and recyclable, fulfills the above requirements. Portugal has the world’s largest supply of cork oak trees. Cork is a low density material and provides excellent thermal and acoustic insulation. Granular cork waste can be used as aggregate in lightweight cementitious composites such as concrete, mortar and screeds. An ordinary screed mixture is usually made of cement, water and aggregate. Screeds can be laid over structural concrete slabs to produce a level surface. Floor coverings such as parquet, ceramic tiles and vinyl carpet can be laid afterwards. This work explores the possibility of producing lightweight screed with cement mixtures (cement, natural river sand and water) in which the sand is partially replaced with waste cork granules. Several cement-cork formulations were developed, resulting in three lightweight screed mixtures with distinct cement, sand and water contents, and incorporating expanded cork granules (ECG). Three additional mixtures, with the same cement content as the lightweight ones but without cork granules, were prepared and used as reference. The main purpose of this study was to characterize the mechanical, hygrothermal and acoustic performance of the lightweight cement-cork screeds. Laboratory experiments were performed to characterize them and to validate numerical models to simulate the thermal and acoustic behavior of other constructive solutions. Hardened density, compressive strength, thermal conductivity, water vapor permeability, adsorption isotherms and water absorption by partial immersion were determined. Four mortars made of cement, water and various aggregates (i.e. expanded clay and expanded polystyrene aggregates, sand and ECG) and lightweight concretes with ECG were also studied so as to compare some of the hygrothermal results and understand the influence of the presence of ECG in cementitious mixtures. The lightweight screeds were included in multilayer floor systems as the final covering and as the resilient layer under floating slabs. The reduction of impact sound pressure levels of the mentioned multilayer systems was experimentally obtained. These tests were carried out in vertical chambers at the Institute for Research and Technological Development in Construction Sciences (ITeCons) facilities. The vertical chambers were constructed during the course of the present work and so the preparatory procedures and their validation are also described. The dynamic stiffness of the lightweight screeds was determined experimentally to relate it to the results of the tests performed in the vertical chambers. The numerical model was validated by the experimental results, which showed that the validated model can predict the impact sound insulation of other multilayer floor systems that include lightweight screeds with ECG. The specific heat was obtained indirectly by means of numerical models and monitoring the unsteady state heat conduction through the lightweight screeds. The simulation of the unsteady state heat conduction made it possible to predict the thermal delay of the multilayer systems that include lightweight screeds with ECG
Description: Tese de doutoramento em Engenharia Civil, na especialidade de Construções, apresentada ao Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/23811
Rights: openAccess
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