Contribuição ao estudo de tensões de natureza térmica em sistemas de revestimento cerâmico de fachada

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 1998.As fachadas das edificações são geralmente revestidas por uma composição de diferentes materiais. As ações solicitantes, entre elas a ação da temperatura, e as diferentes características físico-mecânicas dos materiais utilizados produzem estados de tensões e deformações atuantes nas fachadas que ainda são pouco conhecidos e pesquisados. O objetivo desta pesquisa é o desenvolvimento e a aplicação de uma metodologia, empregando elementos finitos (EF), que torne possível uma investigação das tensões e deformações no sistema de revestimento cerâmico sob ação da temperatura, considerando-se também a influência de algumas variações construtivas e de materiais. Inicialmente foram obtidas algumas propriedades dos materiais empregados num sistema de revestimento constituído por: emboço, argamassa colante, peças cerâmicas e rejunte. Em seguida, idealizou-se para a região central da fachada, um modelo numérico em EF para simular o comportamento das camadas de materiais bem como a interface com o restante da fachada. Esta interface visa representar adequadamente a mecânica de interação com o restante da fachada. Sob efeito de um perfil térmico (específico da região de Brasília) imposto ao modelo, foram estudadas as variações das tensões devidas à mudança na rigidez da argamassa colante, espessura do emboço, coeficiente de absorção térmica da cerâmica e tipo do rejunte. Visando simplicidade, este trabalho se reporta apenas as tensões normais no meio das camadas, bem como as tensões normais e de cisalhamento entre as interfaces das camadas do sistema de revestimento cerâmico. Através da análise dos resultados, verificou-se que a metodologia utilizada permitiu o conhecimento das tensões atuantes no sistema de revestimento cerâmico, sendo possível observar que: a espessura da camada de emboço não influencia no estado de tensão, a rigidez do rejunte altera substancialmente as tensões, o uso de cerâmicas com elevado coeficiente de absorção térmica (cores escuras) gera tensões elevadas e finalmente o uso de argamassa colante com módulo de elasticidade baixo produz tensões menores.Buildings facades are generally covered by a composition of different lavers and materiais. Solar temperature impinging on facades. among other loading actions, combined with different physical and mechanical characteristics of the materiais causes a State of stress and strain inside the facade. Such state of stress and strain are not vet well known and not many researches on this subject are available in the literature. The objective of this research is the development and application of a methodology, using Finite Element (FE), for the investigation of stresses and strains on ceramic tile facades under temperature. The influence of some constructive arrangements and material changes are also considered. Initially some properties of the materials used in the construction of tile ceramic facade coverings such as: rendering, dry-set mortar, ceramic tile and ceramic tile grout were obtained. Then a numerical model in FE representing the central region of the tile facade was conceived. The model simulates the behavior of the material lavers and the interface with the remaining of the facade. The interface tries to represent adequately the interaction mechanics with the rest of the facade. Under the effect of a thermal profile (representative of the Brasilia's region) the stress variations were studied taking into account changes in the dry-set mortar stiffness, thickness of rendering, coefficient thermal absorption ofthe tile ceramic. and the type of ceramic tile grout. For simplicity, this work onlv reports the normal stresses in the middle of the covering lavers. and also the normal and shear stress in the interface between two different material layers. Through the analysis of the results, it can be noticed that the proposed methodology allowed the investigation of the stresses and strains acting in the ceramic covering system. It was also possible to conclude that: the thickness of rendering does not significantly influence on the stress State, the stiffness of the tile ceramic grout causes a great change in the stresses the use of tile ceramic with higher thermal absorption coefficient (dark color tiles) causes higher stresses. and fínally, the use of dry-set mortar with lower elasticity modulus also produces lower stresses