Adequabilidade dos isolantes térmicos à aplicação em paredes

Avaliar a aplicação em paredes de isolantes térmicos implica considerar múltiplos aspetos, desde as caraterísticas dos produtos, até às ações a que vão ser expostos, de modo a reduzir anomalias resultantes de erros na seleção, aplicação, utilização ou manutenção e a promover objetivos de segurança, saúde, conforto e economia.

OS AUTORES: José Dinis Silvestre, Inês Flores-Colen e Cristina Matos Silva, CERIS, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa

Os produtos para isolamento térmico de edifícios podem ser selecionados pelos projetistas, para cada zona do edifício, “sem limitações” impostas a priori pelas normas destes produtos. No entanto, essa escolha deve ter em consideração as ações a que o isolante vai estar exposto durante a vida útil do edifício, e a confirmação de que este material tem caraterísticas que lhe permitem resistir a essas ações durante esse período (Figura 1), mantendo um desempenho aceitável e sem degradação precoce [1].

FIGURA 1 Caraterísticas a considerar na seleção de um isolante térmico.

Cada isolante tem um comportamento diferente quando exposto a temperaturas extremas. Enquanto a lã mineral (Mineral Wool, MW) e o aglomerado de cortiça expandida (Insulation Cork Board, ICB) mantêm as suas caraterísticas inalteradas mesmo a temperaturas elevadas (450 ºC e 150 ºC, respetivamente), os isolantes de origem sintética podem perder capacidade isolante quando expostos a temperaturas superiores a 75 ºC. Por outro lado, as caraterísticas de todos estes isolantes correntes só são afetadas, a baixas temperaturas, para valores inferiores a -30 ºC [2].

Outra questão crítica poderá ser a exposição do isolante à água, que poderá levar a uma perda de resistência térmica e à degradação precoce deste material. Poderá também ocorrer a perda de resistência térmica do isolante se [este] for sujeito a esforços de compressão que lhe provoquem a redução de espessura.

Não se deve também deixar de lado a fase de instalação do isolante, selecionando-se aquele que minimize a probabilidade de erros nessa fase, por melhor adaptação ao suporte ou facilidade de montagem. A facilidade de instalação do isolante pode ainda reduzir o custo da intervenção, mas pode depender também do tipo da sua superfície ou do seu encaixe.

EXIGÊNCIAS FUNCIONAIS PARA OS ISOLANTES A SEREM APLICADOS EM PAREDES

Em certas situações, o isolamento térmico das paredes é garantido pelo próprio elemento constituinte da parede (contínuo ou em alvenaria). Nesses casos, é necessário ter em consideração as exigências funcionais aplicáveis a paredes, que correspondem nesta situação ao elemento que garante o isolamento térmico, mas também à vedação exterior ou à compartimentação do edifício e que, em alguns casos, têm função estrutural ou de suporte. Assim, esse elemento terá de cumprir com as seguintes exigências:

Segurança:

Segurança e estabilidade estrutural;
Segurança contra risco de incêndios (resistência ao fogo);
Segurança contra intrusões;
Capacidade de permitirem a suspensão de equipamentos pesados.

Saúde e conforto:

Conforto higrotérmico;
Conforto acústico;
Estanqueidade ao ar e à água;
Conforto visual;
Conforto tátil;
Higiene.

Economia:

Custos iniciais;
Custos de exploração e manutenção;
Adaptabilidade e versatilidade;
Durabilidade e funcionalidade.

Entre as soluções correntes que se enquadram neste grupo, podem destacar-se as seguintes: cofragem perdida em poliestireno expandido moldado (Expanded Polystyrene, EPS) para paredes de betão armado; construção em terra crua (Figura 2a); blocos de betão leve ou de tijolo cerâmico (Figura 2b), com desempenho térmico melhorado, para alvenaria; blocos de betão celular autoclavado.

FIGURA 2 a) Parede em terra crua, e b) tijolo cerâmico.

No caso da aplicação do isolante na caixa-de-ar de paredes duplas, as caraterísticas a exigir ao isolante e à constituição da parede dependem do facto de se optar por um isolante em placa rígida, a granel, ou injetado, e de a parede ser interior ou de fachada.

Caso o isolante seja rígido [3]:

Deverá ser imputrescível, indeformável e apresentar uma reduzida absorção de humidade;
Em paredes exteriores, as placas de isolamento térmico devem ser aprumadas, encostadas à face exterior da parede interior e fixas por espaçadores dos ligadores entre panos (Figura 3a);
Em paredes exteriores, a restante espessura livre da caixa-de-ar deve ter três centímetros de espessura, pelo menos, para permitir a ventilação e drenagem.

Entre as soluções correntes que se enquadram neste grupo, podem destacar-se as placas de EPS (Figura 3b), ICB, MW, PUR (espuma rígida de poliuretano) e poliestireno expandido extrudido (Extruded Polystyrene, XPS).

FIGURA 3 A) Caixa-de-ar de paredes duplas com placa rígida de isolante, incluindo b) a zona da laje de betão armado.

No caso de se optar pela utilização de materiais a granel para preencher a caixa-de-ar de paredes duplas, como os grânulos leves de argila expandida (Lightweight Aggregates, LWA), convém ter em conta que o desempenho final vai depender bastante da qualidade da aplicação, ou seja, de estes preencherem completamente o espaço entre panos da parede. O desempenho térmico destes materiais pode ainda ser afetado pela absorção de água, pela adsorção, e por assentamentos do próprio material (que ocorrem mais facilmente quando o índice de vazios inicial é elevado e quando a coesão interna, a dimensão das partículas ou o peso próprio, é baixa). Os assentamentos podem ser provocados pelo peso do material isolante, por vibrações do edifício ou por variações higrotérmicas [4]. Em resumo, caso o isolante seja fornecido a granel [4], deve garantir-se:

O preenchimento total da caixa-de-ar, sem vazios ou zonas de diferente compacidade (Figura 4a);
Que o material não sofre qualquer compactação ou adensamento natural com o tempo que provoque a diminuição do volume que ocupa na caixa-de-ar;
Que o material é imputrescível, não absorvente e insensível à água;
Que a caixa-de-ar tem uma espessura mínima de três centímetros, e uma altura máxima de 12 metros, sem interrupções;
Em paredes exteriores, que a face exterior do pano exterior é impermeável à água, mas permeável ao vapor de água, e que o pano exterior tem 11 centímetros de espessura, no mínimo;
Em paredes exteriores, que é instalada a drenagem do fundo da caixa-de-ar, apesar de totalmente preenchida com material granular, mas impedindo que os grânulos de isolante saiam ou obstruam os tubos de drenagem.

Nos casos em que este isolante é injetado na caixa-de-ar após a execução da parede dupla (Figura 4b), os materiais mais correntemente utilizados são o PUR, a espuma polimérica modificada e o papel triturado com aditivos.

Figura 4 – a) LWA em caixa-de-ar, e b) isolante injetado.

Noutros casos, pode optar-se por sistemas que garantem, em simultâneo, o isolamento térmico e o revestimento exterior das fachadas. As exigências funcionais a ter em consideração, quando tal ocorre, são condicionadas pela exposição direta deste sistema ao exterior. Este sistema poderá, assim, enquadrar-se num ou mais dos seguintes grupos:

Estanques à água, quando garantem praticamente por si só a estanqueidade à água exigível ao conjunto tosco de parede-revestimento;
Impermeáveis, quando conferem o complemento de impermeabilidade à água necessário para que o conjunto parede-revestimento seja estanque;
Isolantes, se conferem o complemento de isolamento térmico necessário ao conjunto parede-revestimento;
Acabamento e durabilidade, quando proporcionam às paredes um aspeto agradável durante um período de tempo razoável;
Não inflamável, em termos de reação ao fogo.

Os sistemas compósitos de isolamento térmico pelo exterior (External Thermal Insulation Composite System, ETICS) são um desses casos, e as placas a utilizar nessa solução têm caraterísticas, e devem cumprir exigências, específicas. Por exemplo:

Devem ser aplicadas placas próprias para ETICS, isto é:

Placas e não “rolos” de MW, com densidade adequada;
Placas “escovadas de XPS, e não “vidradas”;
Podem usar-se placas com encaixe (meia-madeira ou macho-fêmea) no contorno (Figura 5a);

Para espessuras de isolante térmico iguais ou superiores a dez centímetros (Figura 5b):

Figura 5 – a) Placas de XPS para ETICS, e b) placas de isolante de elevada espessura.

Surgem dificuldades tecnológicas na conceção e aplicação do sistema;
É necessário realizar uma análise dinâmica do comportamento higrotérmico do ETICS.

As placas mais usadas correntemente em ETICS são de EPS, MW, XPS, PUR e ICB.

Além do ETICS, outros sistemas que podem ser usados no revestimento e isolamento de fachadas são:

O reboco (de argamassa de base cimentícia com agregados leves: granulado de EPS ou de ICB) pintado;
O reboco (de argamassa à base de cal hidráulica natural com agregados leves: granulado de ICB) pintado;
Os painéis de betão reforçado com fibras de vidro (Glass Fiber Reinforced Concrete, GFRC) com núcleo em EPS;
As placas de ICB (Figura 6a).

Existem ainda outros sistemas aplicados correntemente para isolamento térmico de fachadas pelo exterior com exigências próprias, como as fachadas ventiladas. Nesse sistema:

A parede de suporte deve ter uma espessura mínima de 20 centímetros (Figura 6b);
A lâmina de ar ventilada para o exterior deve ter uma espessura não inferior a 20 milímetros, entre o revestimento e o isolante.

Os isolantes mais usados correntemente em fachadas ventiladas são o PUR projetado, a MW, o EPS, o ICB, as placas de PUR e o XPS.

Alguns dos referidos sistemas podem também ser usados para o isolamento térmico e para o revestimento de fachadas pela face interior da parede. As exigências de funcionalidade são diferentes da aplicação exterior, mas com uma abrangência equivalente, incluindo:

Regularização, quando proporcionam planeza, verticalidade e regularidade superficial à parede;
Acabamento, quando proporcionam à parede um complemento de regularização, garantindo ainda na maior parte dos casos um aspeto visual agradável;

Figura 6 – a) Ilustração de sistema de fachada ventilada, e b) revestimento de fachada com placas de ICB.

Resistência à água, quando constituem a camada de acabamento das paredes nos locais onde a presença de água é frequente ou a limpeza é feita por via húmida;
Decoração, quando proporcionam o aspeto pretendido pelos utentes em termos de conforto visual, quando as camadas subjacentes não o fazem por si só;
Não inflamável, em termos de reação ao fogo.

Os sistemas que podem ser usados no revestimento e isolamento pelo interior de fachadas são:

O reboco (de argamassa de base cimentícia com agregados leves: granulado de EPS ou de ICB) pintado;
O reboco (de argamassa à base de cal hidráulica natural com agregados leves: granulado de ICB) pintado;
Os painéis de betão reforçado com fibras de vidro (GFRC) com núcleo em EPS;
As placas de ICB com fixação mecânica à parede e acabamento em madeira ou em placas de gesso laminado (Figura 7a e 7b);
O estuque (massa à base de gesso, com agregados leves: granulado de ICB) pintado;
Os sistemas ITICS (com composição semelhante aos sistemas ETICS, incorporando placas de EPS, ICB, MW, PUR ou XPS);
Placas compósitas de gesso laminado e isolante térmico incorporado (EPS, ICB, PUR ou XPS – Figura 7c).

No caso de paredes divisórias entre espaços interiores úteis e não-úteis, pode ser prescrita a aplicação destes sistemas de isolamento na face da parede exposta a um ou a outro destes espaços.

Figura 7 – a) Placas de ICB com fixação mecânica à parede; b) acabamento em madeira, e c) placas compósitas de gesso laminado e PUR

RISCO DE OCORRÊNCIA DE PATOLOGIA: PREVENÇÃO E CORREÇÃO

Pretende-se, neste ponto, exemplificar fenómenos patológicos que podem resultar de uma incorreta seleção, aplicação, utilização ou manutenção do isolante térmico, ou do sistema onde este se inclui, numa dada aplicação em paredes. A correção das anomalias resultantes passará pela eliminação ou minimização das causas, e pela adequada reaplicação do isolante ou do sistema. Existem várias anomalias que ocorrem de forma frequente devido a erros na seleção, aplicação, utilização ou manutenção do isolante térmico. Para preveni-las, o projetista deve ter em conta as exigências funcionais e as soluções mais adequadas para cada aplicação. Mas é necessário cuidar não só da escolha do isolante mais adequado, mas também de todos os elementos do sistema onde este esteja incorporado.

Como exemplo, em ETICS recomenda-se que a cor do revestimento final não seja escura, de modo a controlar as temperaturas a que este sistema pode ficar submetido devido à exposição à radiação solar, e a consequente aceleração da degradação dos respetivos materiais da superfície. Para informação mais detalhada, consultar o Manual de Aplicação de ETICS, da APFAC [5], e a publicação sobre Patologias de Sistemas de Isolamento Térmico pelo Exterior do tipo ETICS [6]. No entanto, todo este cuidado pode não ser suficiente, se a preparação em obra e a instalação do isolante não forem cuidadas. Por exemplo, em ETICS:

Uma incorreta preparação do suporte pode resultar numa insuficiente aderência entre o produto de colagem das placas e o suporte (Figura 8a);
Uma incorreta regularização do suporte pode provocar sobrespessuras localizadas do produto de colagem das placas (Figura 8a);
A falta de proteção de zonas acessíveis (até três metros de altura), a falta de rede nos perfis de esquina, a deficiente sobreposição da rede, ou o deficiente embebimento da rede e/ou das cantoneiras podem resultar em lacunas, mossas, amolgadelas e/ou perfurações (Figura 8b);
A deficiente fixação das placas (insuficiente área de colagem), o incorreto alinhamento ou a incorreta espessura das placas, a aplicação irregular da camada de colagem, e/ou o tempo de trabalhabilidade da argamassa ultrapassado durante a colagem podem provocar o destacamento, o empolamento e/ou a fissuração das placas.

Figura 8 – a) Destacamento e queda de placas de isolamento, e b) perfurações, mossas e lacunas, e amolgadela em ETICS.

Por outro lado, há omissões ou opções menos corretas na fase de projeto que podem ser corrigidas com sucesso através de alterações mais ou menos significativas nas fases de preparação em obra e/ou de instalação do isolante. Em muitos casos, seria suficiente seguir as especificações técnicas do fabricante para garantir uma correta seleção, instalação, e manutenção destes sistemas, um desempenho adequado e a prevenção eficiente de fenómenos patológicos.

Podem também surgir anomalias no edifício se ocorrer a redução da resistência térmica, e degradação precoce do isolante, devido à absorção de água (que pode ter várias origens). Por essa razão, o projetista deve compatibilizar a resistência à água dos isolantes que pretende utilizar (eventualmente em conjunto com proteções adicionais em relação ao contacto com a água) com as zonas do edifício em que estes poderão estar em contacto pontual, frequente ou permanente com este agente de degradação. Por exemplo [2]:

Deve ser evitado o contacto pontual ou permanente com a água ou com a humidade de isolantes não resistentes a estes agentes;
Em paredes duplas, o isolante térmico instalado na caixa-de-ar deve ser imputrescível, ter reduzida absorção de humidade e ser insensível à água (ex.: EPS, PUR, XPS e ICB);
Em fachadas ventiladas, o isolante térmico instalado na caixa-de-ar deve ser imputrescível e resistente à água e à humidade (ex.: EPS, PUR, XPS, ICB e MW).

Convém, por isso, ter em conta que:

Os isolantes sintéticos (EPS, PUR e XPS) têm absorção de água por imersão e capilaridade muito reduzida, podendo ser considerados impermeáveis à água;
O MW é pouco higroscópico (absorção de água por capilaridade) e tem bom comportamento à absorção de água por imersão parcial;
O ICB é imputrescível, retentor de humidade, e pouco higroscópico, é resistente à água e à humidade, embora tenha absorção elevada de água por imersão parcial;
O papel triturado com aditivos é imputrescível.

Além disso, para evitar anomalias junto ao solo, deve garantir-se em ETICS que não existe um deficiente remate da parede com o solo, e que não se omite a aplicação da proteção inferior (perfil de arranque) nem do revestimento de impermeabilização na parede.

Agradecimentos

Agradece-se à ADENE – Agência para a energia, à APFAC – Associação Portuguesa dos Fabricantes de Argamassas e ETICS e aos fabricantes de materiais ou componentes para a construção (ACEPE, Amorim Isolamentos, Argex, Artebel, CIN, Diera, Dow, FassaLusa, Fibrosom, Foamglass, Grazimac, Gyptec, Iberfibran, LusoMapei, Onduline, Plastimar, Preceram, RockWool, Saint-Gobain Isover, Saint-Gobain Weber, Secil-Argamassas, Sika, Sival, Termolan) a disponibilização de documentação de apoio à elaboração deste artigo.

Bibliografia

[1] Silvestre, J.D.; Flores-Colen, I.; Silva, C. M. (2016): “Manual: Instalador de isolantes térmicos na construção – iniciação” (In Portuguese), Editado pelo Laboratório Nacional de Energia e Geologia, 208 p. Projeto Europeu “Build UP Skills-FORESEE – Training for renewables and energy efficiency in building sector” – IEE/13/BWI 702/SI2.680177.

[2] Rato, V. e Brito, J. de (2003). Isolamento térmico de coberturas em edifícios correntes. Lisboa: Instituto Superior Técnico (www.researchgate.net/publication/282250997_Isolamento_termico_de _coberturas_em_edificios_correntes).

[3] Santos, C. e Matias, L. (2006). Coeficientes de transmissão térmica de elementos da envolvente dos edifícios, Informação Técnica de Edifícios, N.º 50. Lisboa: Laboratório Nacional de Engenharia Civil

[4] Santos, C. (1993). Materiais granulares leves no isolamento térmico de edifícios. Estudo experimental da sua viabilidade e desempenho. Tese de Doutoramento em Engenharia Civil, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, Portugal.

[5] APFAC (2018). Manual ETICS. Coimbra: APFAC – Associação Portuguesa dos Fabricantes de Argamassas e ETICS (https://www.apfac.pt/uploads/documentos/APFAC-MANUAL-ETICS-2018.pdf).

[6] Freitas, V. P. e Miranda, A. (2014). Patologias de sistemas de isolamento térmico pelo exterior do tipo ETICS. Relatório—LFC-IC-282A-2014, FEUP, Porto: APFAC -Associação Portuguesa dos Fabricantes de Argamassas e ETICS (www.apfac.pt/patologias/LFC-IC-282A-2014.pdf).