Fisica das Construções - Apostilas - Engenharia Civil, Notas de estudo de Engenharia Civil. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
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Luiz_Felipe4 de Março de 2013

Fisica das Construções - Apostilas - Engenharia Civil, Notas de estudo de Engenharia Civil. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas de engenharia civil sobre o estudo da fisica das construções, conforto térmico, geometria solar, iluminação natural, acústica.
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FÍSICA DAS CONSTRUÇÕES

Licenciatura Engenharia Civil: 3º ano

Fase 2-Trabalho Prático

Grupo 15

2010/2011

Índice Geral

Módulo 3 - Conforto Térmico …………………………………………………………...………pág . 3

Módulo 4 – Geometria Solar ……………………………………………………………………….pág. 7

Módulo 5 – Iluminação Natural …………………………………………………………………..pág. 10

Módulo 6 – Acústica ……………………………………………………………………………………pág. 13

Conclusão……………………….……………………………………………………………………………pág. 15

Bibliografia……………………….…………………………………...……………………………………pág.16

MÓDULO 3- Conforto Térmico

a) Calcular o factor de forma relativo ao envidraçado

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Para o cálculo do factor de forma relativo ao envidraçado iremos considerar:

* O envidraçado referente ao quarto com 12,41m2;

* O indivíduo está de pé, de frente para o vidro e no centro do quarto, não relaxado (1,7Met);

Em planta: De frente:

2,075m

1,1m

2,1m

2,075m

3,1 1,55 1,55 1m

3,1

3,5m 1,6 m 1,6m

Para I:

a= 1,6m b= 1,1m c= 2,075m b/c= 0,53 a/c= 0,77 FpI = 0,028

Para II:

a= 1,6m b= 1m c= 2,075m b/c= 0,48 a/c= 0,77 FpII = 0,029

Fp do envidraçado:

FP vidro= 2X FP I + 2X FP II = (2 x 0,028) + (2 x 0,029)= 0,114

Concluímos, então que o factor de forma relativamente ao envidraçado será de 0,114

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b) Verificar se um ocupante se encontra numa situação de conforto térmico (de acordo com o definido na norma ASHRAE 55);

Dados:

* Temperatura ambiente interior: 18°C

* Temperatura superficial interior das paredes divisórias, pavimento e porta: 18°C

* Temperatura superficial interior da laje de cobertura (módulo 1): 13,27°C

* Temperatura superficial interior do envidraçado (módulo 1): 7,81°C

* A estação em causa é o inverno

* Fp VIDRO = 0,114 = 11,4%

* Fp LAJE = 0,11= 11%

* FP SUP. INTERIORES = 1-(0,114+0,11) = 0,776 = 77,6%

Resistência térmica roupa:

Rr= (0,14+0,37+0,32+0,07) x 0,82= 0,738 clo

Correcções vestuário (inverno):

1 - clo = 1 - 0,0,738 = -1,87°C

-0,14 -0,14

Correcção Actividade Metabólica (1,9 Met.):

1 - act. met. = 1 - 1,7 = 1,4°C

-0,5 -0,5

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Temperatura Superficial Média:

Ts=Fp VIDRO×Temp.Sup.Vidro+Fp LAJE×Temp.Sup.Laje+Fp SUP.INTERIORES×Temp. Sup.Interior

Ts=0,114×7,81+0,11×13,27+0,776×18=16,3℃

Sendo:

* αR= 4,9 W/m2 K

* αC= 10,4 0,26= 5,3 W/m2, para uma velocidade do ar maior que 0,15 m/s (0,26 m/s).

Temperatura Resultante:

TR=αR×Ts+(αC×Temp. Interior) αR+αC+Correcção

Substituindo:

TR=4,9×16,3+(5,3×18) 4,9+5,3=17,18+1,4+-1,87=16,7℃

Podemos concluir consultando o gráfico de conforto térmico (ASHRAE 55 (Figura 4.22)) verifica- se, para o inverno, que o individuo se encontra em zona de desconforto térmico.

c) Determinar os índices de conforto (SET*) e de desconforto (IHS)

Novas correcções, considerando:

* Inclusão de 0,6Met na fórmula para correcção da resistência térmica da roupa;

* Consideração do mesmo valor da correcção da actividade metabólica.

Correcções resistência térmica da roupa:

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0,6 - clo = 0,6 - 0,738 = 0,99°C

-0,14 -0,14

Correcção Actividade Metabólica (1,7 Met.):

1 - act. met. = 1 - 1,7 = 1,4°C

-0,5 -0,5

Sendo a Temperatura resultante (TR) = 16,7℃, então teremos:

TR = 16,7℃ + 0,99℃ + 1,4℃ =19,09℃

Conclusão:

Desta forma, e considerando o valor acima para a temperatura resultante, consultamos o gráfico SET* (conforto térmico (Figura 4.23)), concluindo que:

* Índice de conforto SET* =20

* Índice de desconforto = Corpo com arrefecimento.

d) Calcular o PMV e a PPD

Usando o modelo de cálculo dos índices de conforto térmico PMV e PPD (ISSO 7730) verificamos que os valores de PMV e PPD, serão:

Assim, através deste programa temos, o valor médio esperado do voto dos indivíduos

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(PMV= -0,08) e percentagem de pessoas descontentes (PPD=5,1%).

Módulo 4- Geometria Solar

a) Representar na carta solar o período de sombreamento do ponto central do vão envidraçado da sala

de estar.

Localização:

Palmela, com orientação 170⁰ N.

(em anexo, estão as medidas utilizadas)

Dividimos a pala em 13 pontos.

Dois pontos são os extremos da pala (inicial e final), que fazem um ângulo com o ponto central da janela de:

β=arctg1,325(4.442)=30,831

Os outros 11 pontos da pala, foram retirados a partir de múltiplos de ângulos de 10º com a normal ao centro da janela (linha perpendicular).

Representamos na carta solar o edifício (perpendicular à direcção dada - 170º) , e os ângulos azimutais que os 13 pontos escolhidos fazem com a direcção do edifício.

Calculamos a altura solar para cada ângulo, através da expressão:

altura solar=arctg(hLcos∝)

h- altura do ponto central do envidraçado à pala (2,80/2=1,40m)

L- comprimento da pala (1,325m)

∝= ângulo que o ponto faz com a direcção do edifício (azimute solar- 170º)

Pontos | Azimute solarº | ∝º | Altura solarº |

1 | 110,831 | 59,162 | 27,990 |

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2 | 120 | 50 | 33,687 |

3 | 130 | 40 | 38,464 |

4 | 140 | 30 | 41,927 |

5 | 150 | 20 | 44,260 |

6 | 160 | 10 | 45,603 |

7 | 170 | 0 | 46,042 |

8 | 180 | 10 | 45,603 |

9 | 190 | 20 | 44,260 |

10 | 200 | 30 | 41,927 |

11 | 210 | 40 | 38,464 |

12 | 220 | 50 | 33,687 |

13 | 110,831 | 59,169 | 27,990 |

nota:-A altura do pé direito é de 2,80m.

- ∝1=90-β=59,162

Na carta solar, para cada ∝º representamos a sua altura solar. Unimos esses pontos. Para a altura solar superior à linha criada pela intersecção desses pontos, temos o período de sombreamento do ponto central do envidraçado.

Módulo 5 – Iluminação Natural

a) Determinar a Abertura Eficaz dos vãos envidraçados dos vários compartimentos;

O cálculo da Abertura Eficaz (AE), permite-nos avaliar a eficácia relativa na iluminação natural dos espaços interiores. Recomenda-se que o valor de AE esteja entre os 0.20 e os 0.30.

AE=TV*AvidroAparede

Em que:

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AE – Abertura Eficaz

TV – Transmitância Visível dos envidraçados

Avidro - Área do vidro

Aparede- Área da parede

Considerando um pé direito de 2.8m, teremos para os vários compartimentos da habitação:

* Quarto 1 (situado no extremo da habitação), com uma área de 12.41 m2

Tem 3 caixilharias no vidro sendo duas de 0.1 m e uma de 0.05 m.

Av = (3.46-0.05-0.1-0.1) × 2.8 Av = 8.988 m2

Ap = 3.46 × 2.8 Ap = 9.688 m2

AE=0.5×8.9889.688=0,464

* Quarto 2 (situado no extremo da habitação), com uma área de 15.14 m2

Tem 3 caixilharias no vidro sendo duas de 0.1 m e uma de 0.05 m.

Av = (3.24-0.05-0.1-0.1) × 2.8 Av = 8.372 m2

Ap = 3.24 × 2.8 Ap = 9.072 m2

AE=0.5×8.3729.072=0,461

* Sala de estar com uma área de 26.96 m2 e cujo vidro ocupa toda a parede.

Tem 3 caixilharias no vidro sendo duas de 0.1 m e uma de 0.05 m.

Av = (4.44-0.05-0.1-0.1) × 2.8 Av = 11.732 m2

Ap = 3.24 × 2.8 Ap = 12.432 m2

AE=0.5×11.73212.432=0.472

* Cozinha com uma área de 12.19 m2 em que o vidro ocupa 1 m de altura da parede por 2.10 m de largura.

Tem 3 caixilharias no vidro sendo duas de 0.01 m e uma de 0.05 m.

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Av = (2.1-0.05-0.1-0.1) × (1-0.05-0.05) Av = 1.665 m2

Ap = 2.1 × 2.8 Ap = 5.88 m2

AE=0.5×1.6655.88=0.142

Os restantes compartimentos da habitação como não têm vidros, a área do vidro iria ser 0 m2 e por conseguinte a Abertura Eficaz seria 0 nesses compartimentos.

Análise dos cálculos efectuados:

Este ponto tem como principal objectivo estudar as características existentes na fracção que nos foi destinada (T2+1) e avaliar se os valores obtidos respeitam os valores admissíveis.

Uma das formas de avaliar se as características dos envidraçados são as desejáveis para alcançar uma eficácia razoável da iluminação natural é recorrendo ao conceito de abertura eficaz (AE) em que esta relaciona a Transmitância Visível com a área do envidraçado e a área da parede em que este está inserido.

Analisando agora os valores obtidos podemos agora apontar que todos os compartimentos estudados se encontram um pouco fora dos limites do que é recomendado (entre 0.2 e 0.3), sendo que os valores obtidos nos quartos e na sala de estar encontram-se um pouco acima do recomendado podendo então revelar algum desconforto para os residentes, traduzido no encadeamento e nos ganhos solares térmicos indesejáveis enquanto que o valor obtido da abertura eficaz na cozinha se encontra um pouco abaixo do recomendado também. Para debelar este problema o grupo propôs duas soluções ou reduzir a Transmitância Visível ou diminuir a área do envidraçado. Estas soluções permitirão reduzir a quantidade de iluminação natural que vai se recebida pelo compartimento e garantir o pretendido conforto visual.

b) Determinar o Factor de Luz do Dia, FLD, da sala de estar.

O Factor Luz do Dia (FLD), indica a caracterização e quantificação das condições de eliminação natural no compartimento a estudar (Sala de estar).

Sendo:

ρtecto = 0,48 Área tecto = 6.3350 x 4.590 = 29,078 m2

ρpavimento = 0,52 Área pavimento =6.3350 x 4.590 = 29.078 m2

ρparedes/portas = 0,68 Área paredes/porta =(4.590 x2+6.3350x2)x 2.8= 61.180 m2

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Determinando ρm (Reflectância):

pm = i=1nAi ×piAi pm = 61.180 ×0.68+29.078×0.52+(29.078×0.48)61.180+29.078+29.078 pm = 0.592

Assim, usando a formula:

Luminância = iluminância interior ×Reflectânciaπ

Sendo a luminância interior igual a 65 cd/m2, teremos:

65=iluminância interior×0.592π iluminância interior = 344.938 lux

Deste modo poderemos obter o factor luz dia, usando a fórmula:

FLD%=EintEext*100

Dados:

Eint = 344.938 lux

Eext = 14000 lux

Assim:

FLD=344.93814000*100= 2.464%

O FLD obtido de 2.464%, indica que existe uma iluminação natural fraca pelo que não é suficiente para uma boa iluminação natural que se encontra acima dos 6%.

Análise dos cálculos efectuados:

Quando se pretende caracterizar e quantificar as condições de iluminação natural dos edifícios utiliza-se o Factor luz do dia (FLD).

Este factor é muito usado na iluminação natural porque traduz a eficácia do compartimento, neste caso a sala de estar, como instalação de iluminação natural, ou seja, com a facilidade de deixar entrar a luz natural mantendo-se constante independentemente das condições exteriores.

O valor obtido de 2.464% pode ser classificado como o tipo de iluminação fraca porque se encontra abaixo entre o intervalo 3 a 6%.

Módulo 6 – Acústica

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a) Determinar o nível sonoro contínuo equivalente ponderado A no edifício em estudo

Terá de se considerar que a fonte se situa assente no pavimento em que a sua radiação semiesférica em que Q=2.

A distância à fonte sonora (r) é de 56 metros.

Admite-se a ponderação A em bandas de 1/3 de oitava.

Inicialente pretende-se transformar as medições de potência sonora em pressão sonora através da fórmula LW=Lp-10logQ+20logr+11.

Na tabela 6.1 está apresentada a transformação da potência sonora em pressão sonora, através da fórmula apresentada.

Tabela 6.1 – Transformação da potência sonora em pressão sonora

| Nível pressão sonora (dB) | | | | |

Frequência | Residual | Restaurante | Hotel | Potência sonora (dB) | Q | R | Transformação de potência sonora em pressão sonora |

100 | 49,8 | 60,6 | 61 | 84,1 | 2 | 56 | 127,05 |

125 | 49 | 57,3 | 60,4 | 80,6 | 2 | 56 | 123,55 |

160 | 51,3 | 57,3 | 57,4 | 80,1 | 2 | 56 | 123,05 |

200 | 49,6 | 57 | 55,1 | 81,5 | 2 | 56 | 124,45 |

250 | 47,7 | 57,1 | 55,1 | 80,9 | 2 | 56 | 123,85 |

315 | 47,2 | 57,6 | 54,6 | 81,3 | 2 | 56 | 124,25 |

400 | 45,9 | 55,6 | 54,8 | 81,7 | 2 | 56 | 124,65 |

500 | 46,7 | 55,7 | 56,6 | 80,9 | 2 | 56 | 123,85 |

630 | 46,2 | 55,9 | 56,8 | 81,5 | 2 | 56 | 124,45 |

800 | 46 | 56,2 | 56,4 | 81,6 | 2 | 56 | 124,55 |

1000 | 46,6 | 55,7 | 55,9 | 79,5 | 2 | 56 | 122,45 |

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1250 | 46,2 | 54,1 | 54,8 | 82,9 | 2 | 56 | 125,85 |

1600 | 43,7 | 51,4 | 52,8 | 83 | 2 | 56 | 125,95 |

2000 | 41,3 | 47,3 | 51,6 | 88,1 | 2 | 56 | 131,05 |

2500 | 39,9 | 44,6 | 50,2 | 88,9 | 2 | 56 | 131,85 |

3150 | 36 | 43 | 48,9 | 96 | 2 | 56 | 138,95 |

4000 | 32,2 | 40,6 | 46,5 | 84,2 | 2 | 56 | 127,15 |

5000 | 32,7 | 36,6 | 45,2 | 90 | 2 | 56 | 132,95 |

De seguida será apresentada a soma logaritmica das pressões sonoras através da fórmula Lp=10logΣ 100,1Lp. Tendo em conta a soma das pressões, procede-se à soma algébrica do valor da pressão sonora com o valor ponderado (A) (tabela 6.2).

Tabela 6.2 – Determinação do valor das pressões sonoras ponderadas (A)

| Nível pressão sonora (dB) | | | | |

Frequência | Residual | Restaurante | Hotel | Transformação de potência sonora em pressão sonora | Soma das pressões sonoras | Ponde-ração A | Pressões sonoras ponderadas (A) |

100 | 49,8 | 60,6 | 61 | 127,05 | 127,05 | -19,1 | 107,95 |

125 | 49 | 57,3 | 60,4 | 123,55 | 123,55 | -16,1 | 107,45 |

160 | 51,3 | 57,3 | 57,4 | 123,05 | 123,05 | -13,4 | 109,65 |

200 | 49,6 | 57 | 55,1 | 124,45 | 124,45 | -10,9 | 113,55 |

250 | 47,7 | 57,1 | 55,1 | 123,85 | 123,85 | -8,6 | 115,25 |

315 | 47,2 | 57,6 | 54,6 | 124,25 | 124,25 | -6,6 | 117,65 |

400 | 45,9 | 55,6 | 54,8 | 124,65 | 124,65 | -4,8 | 119,85 |

500 | 46,7 | 55,7 | 56,6 | 123,85 | 123,85 | -3,2 | 120,65 |

630 | 46,2 | 55,9 | 56,8 | 124,45 | 124,45 | -1,9 | 122,55 |

800 | 46 | 56,2 | 56,4 | 124,55 | 124,55 | -0,8 | 123,75 |

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1000 | 46,6 | 55,7 | 55,9 | 122,45 | 122,45 | 0 | 122,45 |

1250 | 46,2 | 54,1 | 54,8 | 125,85 | 125,85 | 0,6 | 126,45 |

1600 | 43,7 | 51,4 | 52,8 | 125,95 | 125,95 | 1 | 126,95 |

2000 | 41,3 | 47,3 | 51,6 | 131,05 | 131,05 | 1,2 | 132,25 |

2500 | 39,9 | 44,6 | 50,2 | 131,85 | 131,85 | 1,3 | 133,15 |

3150 | 36 | 43 | 48,9 | 138,95 | 138,95 | 1,2 | 140,15 |

4000 | 32,2 | 40,6 | 46,5 | 127,15 | 127,15 | 1 | 128,15 |

5000 | 32,7 | 36,6 | 45,2 | 132,95 | 132,95 | 0,5 | 133,45 |

O valor do nível sonoro contínuo equivalente ponderado (A) é calculado através da soma logarítmica Laeq=10logΣ 100,1 Lp A de cada valor de pressão sonora ponderada (A) em cada frequência. Laeq= 142,75 dB(A).

Conclusão

A realização deste trabalho tem por objectivo conhecer as diversas temáticas leccionadas nas aulas bem como a sua aplicação prática, nomeadamente, no estudo de um edifício e sua envolvente, cujas características foram fornecidas em anexos.

Para tal, cada matéria foi traduzida num módulo de trabalho. Estes consistiam na determinação de várias características dos elementos constituintes do edifício e interpretação dos resultados obtidos.

Após procedermos à determinação e análise dos resultados obtidos podemos concluir que a verificação deste trabalho, tal como pretendido, foi uma boa aplicação prática dos conteúdos leccionados, quer nas aulas práticas, mas também nas aulas teóricas, que nos permitiu um maior conhecimento no que diz respeito a conforto térmico, geometria solar, iluminação natural e acústica.

A realização deste trabalho teve uma grande aplicação prática, a forma como todos os elementos do grupo trabalharam foi importante para uma boa organização da estrutura do trabalho.

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Bibliografia

* Manuela Almeida e Sandra Silva, Apontamentos para a unidade curricular, UM, 2005

* Modelo de cálculo dos índices de conforto térmico PMV e PPD (ISSO 7730)

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