Caracterização térmica de pedras naturais

Abstract

As pedras naturais, são um georrecurso precioso, não renovável e de inegável durabilidade confirmada pelos monumentos existentes um pouco por todo o Mundo. Sendo cada vez mais utilizadas na construção moderna, quer em fachadas dos edifícios quer em pavimentos simples ou associados a novas tecnologias como o piso radiante, é importante saber efetivamente qual o seu comportamento face às variações térmicas que experimentam aquando da sua utilização para aliar o conforto térmico à eficiência energética. A caracterização física e mecânica das rochas ornamentais é hoje em dia bastante comum, tendo em vista a sua aptidão como material de construção, não se passando o mesmo com a caracterização térmica. Assim, pretendeu‐se com este trabalho como objetivo principal caraterizar termicamente doze pedras naturais e por outro lado avaliar de que forma as suas propriedades físicas, mecânicas e químicas influenciam o seu comportamento térmico. Numa primeira fase determinaram‐se a massa volúmica aparente, a porosidade aberta, a absorção de água e a composição química e, posteriormente foram determinadas as propriedades térmicas tais como o coeficiente de dilatação térmica linear, a condutividade térmica, o calor específico, a capacidade térmica e a difusividade térmica por meio de ensaios de laboratório. Numa segunda fase foi construído um protótipo de piso radiante para avaliar qual o comportamento térmico de cada uma das pedras naturais em causa, tendo‐se recorrido também à termografia por infravermelhos. Os resultados obtidos foram analisados e efetuaram‐se correlações que permitiram seriar em função da sua “qualidade térmica” as pedras em estudo e inferir também o custo que cada uma delas apresenta quando aplicada em piso radiante. A análise multivariada em componentes principais das variáveis obtidas permitiu evidenciar os pares mais importantes e as correlações existentes entre elas.

Natural stones are a precious, non‐renewable and undeniable durability georesource confirmed by the existing monuments all over the world. Being increasingly used in modern construction, either in buildings façades or either on pavements associated with new technologies like heating floor is really important to know their performance, when experiencing temperature variations during use to combine thermal and energetic efficiency. Nowadays, the physical and mechanical characterization of natural stone is quite common, regarding their suitability as a construction material, not as much as their thermal characterization. Thus, this work has as main purpose the thermal characterization of twelve natural stones and secondly to assess how their physical, mechanical and chemical properties can influence their thermal behavior. In the first stage it is determined the apparent density, open porosity, water absorption and chemical composition and then the thermal properties such as the coefficient of linear thermal expansion, thermal conductivity, specific heat, the heat capacity and thermal diffusivity through laboratory testing were determined. In a second phase we built a prototype to evaluate which was the thermal behavior of the heating floor of each natural stones in question having also turned to infrared thermography. The obtained results were analyzed and made correlations which allowed serialize the stones, depending on their "thermal quality", under study and also infer the cost that each of them presents when applied on radiant floor. Principal Component Analysis of the main variables obtained were highlighted the major pairs and the existing correlations between them.