Los sistemas de vidrio de fijación puntual que cumplen con este requisito arquitectónico son especialmente populares en entradas de suelo o áreas públicas.Los avances tecnológicos recientes han permitido el uso de adhesivos de ultra alta resistencia para unir estas grandes piedras pómez a los accesorios sin la necesidad de perforar agujeros en el vidrio.
La ubicación típica en el suelo aumenta la probabilidad de que el sistema deba actuar como una capa protectora para los ocupantes del edificio, y este requisito excede o excede los requisitos típicos de carga de viento.Se han realizado algunas pruebas sobre el sistema de fijación por puntos para taladrar, pero no sobre el método de unión.
El propósito de este artículo es registrar una prueba de simulación utilizando un tubo de choque con cargas explosivas para simular una explosión para simular el impacto de una carga explosiva sobre un componente transparente adherido.Estas variables incluyen la carga de explosión definida por ASTM F2912 [1], la cual se realiza sobre una placa delgada con un sándwich de ionómero SGP.Esta investigación es la primera vez que puede cuantificar el rendimiento explosivo potencial para pruebas y diseño arquitectónico a gran escala.Conecte cuatro accesorios TSSA con un diámetro de 60 mm (2,36 pulgadas) a una placa de vidrio que mida 1524 x 1524 mm (60 pulgadas x 60 pulgadas).
Los cuatro componentes cargados a 48,3 kPa (7 psi) o menos no dañaron ni afectaron al TSSA ni al vidrio.Se cargaron cinco componentes bajo una presión superior a 62 kPa (9 psi) y cuatro de los cinco componentes mostraron rotura de vidrio, lo que provocó que el vidrio se saliera de la abertura.En todos los casos, TSSA permaneció adherido a los herrajes metálicos y no se encontró ningún mal funcionamiento, adherencia o unión.Las pruebas han demostrado que, de acuerdo con los requisitos de AAMA 510-14, el diseño TSSA probado puede proporcionar un sistema de seguridad eficaz bajo una carga de 48,3 kPa (7 psi) o menos.Los datos generados aquí se pueden utilizar para diseñar el sistema TSSA para que cumpla con la carga especificada.
Jon Kimberlain (Jon Kimberlain) es el experto en aplicaciones avanzadas de las siliconas de alto rendimiento de Dow Corning.Lawrence D. Carbary (Lawrence D. Carbary) es un científico de la industria de la construcción de alto rendimiento de Dow Corning que es investigador de ASTM y silicona de Dow Corning.
La fijación de silicona estructural a paneles de vidrio se ha utilizado durante casi 50 años para mejorar la estética y el rendimiento de los edificios modernos [2] [3] [4] [5].El método de fijación puede hacer que la pared exterior sea lisa y continua con alta transparencia.El deseo de una mayor transparencia en la arquitectura llevó al desarrollo y uso de muros de malla de cables y muros exteriores con pernos.Los edificios emblemáticos que representen un desafío arquitectónico incluirán la tecnología moderna actual y deberán cumplir con los códigos y estándares locales de construcción y seguridad.
Se ha estudiado el adhesivo de silicona estructural transparente (TSSA) y se ha propuesto un método para soportar el vidrio con piezas de fijación mediante pernos en lugar de taladrar agujeros [6] [7].La tecnología de pegamento transparente con resistencia, adherencia y durabilidad tiene una serie de propiedades físicas que permiten a los diseñadores de muros cortina diseñar el sistema de conexión de una manera única y novedosa.
Los accesorios redondos, rectangulares y triangulares que cumplen con la estética y el rendimiento estructural son fáciles de diseñar.El TSSA se cura junto con el vidrio laminado y se procesa en autoclave.Después de retirar el material del ciclo del autoclave, se puede completar la prueba de verificación del 100%.Esta ventaja de control de calidad es exclusiva de TSSA porque puede proporcionar información inmediata sobre la integridad estructural del conjunto.
Se han estudiado la resistencia al impacto [8] y el efecto de absorción de impactos de los materiales de silicona estructural convencionales [9].Lobo y col.datos proporcionados generados por la Universidad de Stuttgart.Estos datos muestran que, en comparación con la tasa de deformación cuasiestática especificada en ASTM C1135, la resistencia a la tracción del material de silicona estructural tiene una tasa de deformación máxima de 5 m/s (197 pulgadas/s).Aumenta la fuerza y ​​el alargamiento.Indica la relación entre deformación y propiedades físicas.
Dado que TSSA es un material altamente elástico con mayor módulo y resistencia que la silicona estructural, se espera que siga el mismo rendimiento general.Aunque no se han realizado pruebas de laboratorio con altas tasas de deformación, se puede esperar que la alta tasa de deformación en la explosión no afecte la resistencia.
El vidrio atornillado ha sido probado, cumple con los estándares de mitigación de explosiones [11] y se exhibió en el Glass Performance Day de 2013.Los resultados visuales muestran claramente las ventajas de fijar mecánicamente el vidrio después de que se rompe.Para sistemas con fijación puramente adhesiva, esto será un desafío.
El marco está hecho de un canal de acero estándar americano con dimensiones de 151 mm de profundidad x 48,8 mm de ancho x 5,08 mm de espesor de alma (6” x 1,92” x 0,20”), generalmente llamado ranura C 6” x 8,2#.Los canales C están soldados entre sí en las esquinas y una sección triangular de 9 mm (0,375 pulgadas) de espesor está soldada en las esquinas, alejada de la superficie del marco.Se perforó un orificio de 18 mm (0,71 ″) en la placa para poder insertar fácilmente un perno con un diámetro de 14 mm (0,55 ″).
Los herrajes metálicos TSSA con un diámetro de 60 mm (2,36 pulgadas) están a 50 mm (2 pulgadas) de cada esquina.Aplique cuatro accesorios a cada pieza de vidrio para que todo sea simétrico.La característica única de TSSA es que se puede colocar cerca del borde del vidrio.Los accesorios de perforación para fijación mecánica en vidrio tienen unas dimensiones específicas a partir del borde, el cual debe incorporarse al diseño y debe perforarse antes del templado.
El tamaño cercano al borde mejora la transparencia del sistema terminado y al mismo tiempo reduce la adherencia de la junta en estrella debido al menor torque en la junta en estrella típica.El vidrio seleccionado para este proyecto son dos capas de 6mm (1/4″) templado transparente de 1524mm x 1524mm (5′x 5′) laminadas con película intermedia de ionómero Sentry Glass Plus (SGP) de 1,52mm (0,060)″).
Se aplica un disco TSSA de 1 mm (0,040 pulgadas) de espesor a un accesorio de acero inoxidable imprimado de 60 mm (2,36 pulgadas) de diámetro.La imprimación está diseñada para mejorar la durabilidad de la adhesión al acero inoxidable y es una mezcla de silano y titanato en un solvente.El disco de metal se presiona contra el vidrio con una fuerza medida de 0,7 MPa (100 psi) durante un minuto para proporcionar humectación y contacto.Coloque los componentes en un autoclave que alcance 11,9 bar (175 psi) y 133 °C (272 °F) para que el TSSA pueda alcanzar el tiempo de remojo de 30 minutos necesario para curar y unir en el autoclave.
Una vez completado y enfriado el autoclave, inspeccione cada accesorio TSSA y luego apriételo a 55 Nm (40,6 libras-pie) para mostrar una carga estándar de 1,3 MPa (190 psi).Los accesorios para TSSA son proporcionados por Sadev y están identificados como accesorios R1006 TSSA.
Ensamble el cuerpo principal del accesorio al disco de curado en el vidrio y bájelo dentro del marco de acero.Ajuste y fije las tuercas de los pernos para que el vidrio externo quede al ras con el exterior del marco de acero.La junta de 13 mm x 13 mm (1/2 ″ x½ ”) que rodea el perímetro del vidrio está sellada con una estructura de silicona de dos partes para que la prueba de carga de presión pueda comenzar al día siguiente.
La prueba se llevó a cabo utilizando un tubo de choque en el Laboratorio de Investigación de Explosivos de la Universidad de Kentucky.El tubo amortiguador está compuesto por un cuerpo de acero reforzado, que puede instalar unidades de hasta 3,7 mx 3,7 m en la cara.
El tubo de impacto se impulsa colocando explosivos a lo largo del tubo de explosión para simular las fases positiva y negativa del evento de explosión [12] [13].Coloque todo el conjunto del marco de vidrio y acero en el tubo amortiguador para realizar la prueba, como se muestra en la Figura 4.
Hay cuatro sensores de presión instalados dentro del tubo de choque, por lo que la presión y el pulso se pueden medir con precisión.Para grabar la prueba se utilizaron dos cámaras de vídeo digitales y una cámara SLR digital.
La cámara de alta velocidad MREL Ranger HR ubicada cerca de la ventana fuera del tubo de choque capturó la prueba a 500 fotogramas por segundo.Establezca un registro láser de desviación de 20 kHz cerca de la ventana para medir la desviación en el centro de la ventana.
Los cuatro componentes del marco se probaron nueve veces en total.Si el vidrio no sale por la abertura, vuelva a probar el componente bajo mayor presión e impacto.En cada caso, se registran los datos de presión objetivo, impulso y deformación del vidrio.Luego, cada prueba también se califica de acuerdo con AAMA 510-14 [Pautas voluntarias del sistema de festestración para la mitigación del riesgo de explosión].
Como se describió anteriormente, se probaron cuatro conjuntos de marco hasta que se retiró el vidrio de la abertura del puerto de explosión.El objetivo de la primera prueba es alcanzar 69 kPa con un pulso de 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-ms).Bajo la carga aplicada, la ventana de vidrio se hizo añicos y se soltó del marco.Los herrajes de punto Sadev hacen que TSSA se adhiera al vidrio templado roto.Cuando el vidrio templado se hizo añicos, salió de la abertura después de una deflexión de aproximadamente 100 mm (4 pulgadas).
Bajo la condición de carga continua creciente, el marco 2 se probó 3 veces.Los resultados mostraron que la falla no ocurrió hasta que la presión alcanzó 69 kPa (10 psi).Las presiones medidas de 44,3 kPa (6,42 psi) y 45,4 kPa (6,59 psi) no afectarán la integridad del componente.Bajo la presión medida de 62 kPa (9 psi), la desviación del vidrio provocó la rotura, dejando la ventana de vidrio en la abertura.Todos los accesorios TSSA se fijan con cristal templado roto, igual que en la Figura 7.
Bajo la condición de carga continua creciente, el marco 3 se probó dos veces.Los resultados mostraron que la falla no ocurrió hasta que la presión alcanzó el objetivo de 69 kPa (10 psi).La presión medida de 48,4 kPa (7,03) psi no afectará la integridad del componente.La recopilación de datos no permitió la deflexión, pero la observación visual del video mostró que la deflexión del cuadro 2 prueba 3 y del cuadro 4 prueba 7 fueron similares.Bajo la presión de medición de 64 kPa (9,28 psi), la desviación del vidrio medida a 190,5 mm (7,5 pulgadas) provocó la rotura, dejando la ventana de vidrio en la abertura.Todos los accesorios TSSA se fijan con cristal templado roto, igual que en la Figura 7.
Con una carga continua creciente, el marco 4 fue probado 3 veces.Los resultados mostraron que la falla no ocurrió hasta que la presión alcanzó el objetivo de 10 psi por segunda vez.Las presiones medidas de 46,8 kPa (6,79) y 64,9 kPa (9,42 psi) no afectarán la integridad del componente.En la prueba n.º 8, se midió que el vidrio se doblaba 100 mm (4 pulgadas).Se espera que esta carga haga que el vidrio se rompa, pero se pueden obtener otros datos.
En la prueba n.º 9, la presión medida de 65,9 kPa (9,56 psi) desvió el vidrio 190,5 mm (7,5 pulgadas) y provocó su rotura, dejando la ventana de vidrio en la abertura.Todos los accesorios TSSA se fijan con el mismo cristal templado roto como en la Figura 7. En todos los casos, los accesorios se pueden retirar fácilmente del marco de acero sin ningún daño evidente.
La TSSA para cada prueba permanece sin cambios.Después de la prueba, cuando el vidrio permanece intacto, no hay ningún cambio visual en TSSA.El vídeo de alta velocidad muestra el vidrio rompiéndose en el punto medio del tramo y luego saliendo por la abertura.
De la comparación de falla del vidrio y no falla en la Figura 8 y la Figura 9, es interesante observar que el modo de fractura del vidrio ocurre lejos del punto de unión, lo que indica que la parte no adherida del vidrio ha alcanzado el punto de flexión, que se acerca rápidamente El límite elástico de fragilidad del vidrio es relativo a la parte que permanece unida.
Esto indica que durante la prueba, es probable que las placas rotas en estas partes se muevan bajo fuerzas de corte.Combinando este principio y la observación de que el modo de falla parece ser la fragilización del espesor del vidrio en la interfaz adhesiva, a medida que aumenta la carga prescrita, el rendimiento debería mejorarse aumentando el espesor del vidrio o controlando la deflexión por otros medios.
La prueba 8 del cuadro 4 es una agradable sorpresa en las instalaciones de pruebas.Aunque el vidrio no se daña para que el marco pueda volver a probarse, el TSSA y las tiras de sellado circundantes aún pueden soportar esta gran carga.El sistema TSSA utiliza cuatro anclajes de 60 mm para sujetar el cristal.Las cargas de viento de diseño son cargas vivas y permanentes, ambas a 2,5 kPa (50 psf).Este es un diseño moderado, con una transparencia arquitectónica ideal, exhibe cargas extremadamente altas y TSSA permanece intacto.
Este estudio se realizó para determinar si la adhesión adhesiva del sistema de vidrio tiene algunos riesgos o defectos inherentes en términos de requisitos de bajo nivel para el rendimiento del pulido con chorro de arena.Evidentemente, un sencillo sistema de accesorios TSSA de 60 mm se instala cerca del borde del cristal y tiene funcionamiento hasta que el cristal se rompe.Cuando el vidrio está diseñado para resistir roturas, TSSA es un método de conexión viable que puede proporcionar un cierto grado de protección manteniendo al mismo tiempo los requisitos de transparencia y apertura del edificio.
Según la norma ASTM F2912-17, los componentes de ventana probados alcanzan el nivel de peligro H1 en el nivel estándar C1.El accesorio Sadev R1006 utilizado en el estudio no se ve afectado.
El vidrio templado utilizado en este estudio es el “eslabón débil” del sistema.Una vez que el vidrio se rompe, TSSA y la tira selladora circundante no pueden retener una gran cantidad de vidrio, porque una pequeña cantidad de fragmentos de vidrio permanecen en el material de silicona.
Desde el punto de vista del diseño y el rendimiento, se ha demostrado que el sistema adhesivo TSSA proporciona un alto nivel de protección en componentes de fachadas de grado explosivo en el nivel inicial de indicadores de rendimiento explosivo, lo que ha sido ampliamente aceptado por la industria.La fachada probada muestra que cuando el riesgo de explosión está entre 41,4 kPa (6 psi) y 69 kPa (10 psi), el rendimiento en el nivel de riesgo es significativamente diferente.
Sin embargo, es importante que la diferencia en la clasificación de peligro no sea atribuible a la falla del adhesivo como lo indica el modo de falla cohesiva del adhesivo y los fragmentos de vidrio entre los umbrales de peligro.Según las observaciones, el tamaño del vidrio se ajusta adecuadamente para minimizar la deflexión y evitar la fragilidad debido al aumento de la respuesta de corte en la interfaz de flexión y unión, lo que parece ser un factor clave en el rendimiento.
Los diseños futuros pueden reducir el nivel de peligro bajo cargas más altas aumentando el espesor del vidrio, fijando la posición de la punta con respecto al borde y aumentando el diámetro de contacto del adhesivo.
[1] Especificación estándar de fibra de vidrio ASTM F2912-17, Vidrio y sistemas de vidrio sujetos a cargas de gran altitud, ASTM International, West Conshawken, Pensilvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2] Hilliard, JR, Paris, CJ y Peterson, CO, Jr., “Structural Sealant Glass, Sealant Technology for Glass Systems”, ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvania, 1977, p.67- 99 páginas.[3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz y Gladstone, M., “Seismic Performance of Structural Silica Glass”, Sellado de edificios, selladores, vidrio y tecnología impermeable, Volumen 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, editor, ASTM Internacional, West Conshohocken, Pensilvania, 1996, págs. 46-59.[4] Carbary, LD, “Review of Durability and Performance of Silicone Structural Glass Window Systems”, Glass Performance Day, Tampere Finlandia, junio de 2007, Actas de la conferencia, páginas 190-193.[5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD y Takish, MS, “Performance of Silicone Structural Adhesivos”, Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ Universidad de París, Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales, Filadelfia, 1989 Años, págs. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. y Carbary L. D, “Adhesivo de silicona estructural transparente para la fijación de la dispensación de acristalamiento (TSSA) Evaluación preliminar de la mecánica propiedades y durabilidad del acero”, El Cuarto Simposio Internacional de Durabilidad “Construcción Selladores y Adhesivos”, Revista Internacional ASTM, publicado en línea, agosto de 2011, Volumen 8, Número 10 (mes 11 de noviembre de 2011), JAI 104084, disponible en el siguiente sitio web : www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm.[7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Adhesivo de silicona de estructura transparente, Glass Performance Day, Tampere, Finlandia, junio de 2011, Actas de la reunión, páginas 650-653.[8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., “New Generation Structural Silica Glass” Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [9 ] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf y Sigurd Sitte “Evaluación de selladores de caucho de silicona en el diseño de ventanas y muros cortina a prueba de balas con altas tasas de movimiento”, revista ASTM International, número 1. 6. Documento n.° 2, ID JAI101953 [ 10] ASTM C1135-15, Método de prueba estándar para determinar el rendimiento de adhesión a la tracción de selladores estructurales, ASTM International, West Conshohocken, Pensilvania, 2015, https://doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T. , “Progress in Explosion-proof Bolt-Fixed Glass”, Glass Performance Day, junio de 2103, actas de la reunión, págs. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Método de prueba estándar para vidrio y sistemas de vidrio sujetos a fuertes cargas de viento , ASTM International, West Conshohocken, Pensilvania, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad y Braden T.Lujuria."Un método novedoso para determinar la respuesta de los sistemas de vidrio antiexplosivos a cargas explosivas".Métrica 45.6 (2012): 1471-1479.[14] “Pautas voluntarias para mitigar el riesgo de explosión de los sistemas de ventanas verticales” AAMA 510-14.