Les systèmes de verre à fixation ponctuelle répondant à cette exigence architecturale sont particulièrement prisés pour les entrées au sol ou les espaces publics. Les récentes avancées technologiques permettent d'utiliser des adhésifs ultra-résistants pour fixer ces grandes pierres ponces aux accessoires sans avoir à percer de trous dans le verre.
L'emplacement typique au sol augmente la probabilité que le système doive agir comme couche protectrice pour les occupants du bâtiment, et cette exigence dépasse largement les exigences habituelles en matière de charge due au vent. Des essais ont été réalisés sur le système de fixation par points pour le perçage, mais pas sur la méthode de collage.
Cet article a pour objectif d'enregistrer un essai de simulation utilisant un tube à choc avec charges explosives pour simuler une explosion et simuler l'impact d'une charge explosive sur un composant transparent collé. Ces variables incluent la charge d'explosion définie par la norme ASTM F2912 [1], qui est réalisée sur une plaque mince avec un sandwich ionomère SGP. Cette recherche permet pour la première fois de quantifier les performances explosives potentielles pour les essais à grande échelle et la conception architecturale. Fixez quatre raccords TSSA de 60 mm (2,36 pouces) de diamètre sur une plaque de verre de 1 524 x 1 524 mm (60 x 60 pouces).
Les quatre composants soumis à une pression de 48,3 kPa (7 psi) ou moins n'ont pas endommagé ni affecté le TSSA ni le verre. Cinq composants ont été soumis à une pression supérieure à 62 kPa (9 psi), et quatre d'entre eux ont présenté une rupture de verre, provoquant le déplacement du verre hors de l'ouverture. Dans tous les cas, le TSSA est resté fixé aux fixations métalliques, et aucun dysfonctionnement, adhérence ou collage n'a été constaté. Les essais ont montré que, conformément aux exigences de la norme AAMA 510-14, la conception du TSSA testé peut fournir un système de sécurité efficace sous une charge de 48,3 kPa (7 psi) ou moins. Les données générées ici peuvent être utilisées pour concevoir le système TSSA afin qu'il réponde à la charge spécifiée.
Jon Kimberlain est l'expert en applications avancées des silicones hautes performances de Dow Corning. Lawrence D. Carbary est un scientifique spécialisé dans le secteur de la construction hautes performances chez Dow Corning et chercheur sur les silicones Dow Corning et l'ASTM.
La fixation structurelle des panneaux de verre au silicone est utilisée depuis près de 50 ans pour améliorer l'esthétique et les performances des bâtiments modernes [2] [3] [4] [5]. Cette méthode de fixation permet d'obtenir un mur extérieur continu et lisse, d'une grande transparence. La volonté d'une plus grande transparence en architecture a conduit au développement et à l'utilisation de murs en treillis métallique et de murs extérieurs à boulons. Les bâtiments emblématiques, d'architecture exigeante, intègrent les technologies modernes et doivent être conformes aux codes et normes de construction et de sécurité locaux.
L'adhésif silicone structurel transparent (TSSA) a été étudié et une méthode permettant de fixer le verre à l'aide de boulons plutôt que de percer des trous a été proposée [6] [7]. Cette technologie de colle transparente, alliant résistance, adhérence et durabilité, possède des propriétés physiques qui permettent aux concepteurs de murs-rideaux de concevoir des systèmes de connexion uniques et innovants.
Des accessoires ronds, rectangulaires et triangulaires alliant esthétique et performances structurelles sont faciles à concevoir. Le TSSA est polymérisé en autoclave pendant le traitement du verre feuilleté. Après le retrait du matériau de l'autoclave, le test de vérification à 100 % peut être effectué. Cet avantage en matière d'assurance qualité est unique au TSSA, car il permet de fournir un retour immédiat sur l'intégrité structurelle de l'assemblage.
La résistance aux chocs [8] et l'effet d'absorption des chocs des matériaux silicones structurels conventionnels ont été étudiés [9]. Wolf et al. ont fourni des données générées par l'Université de Stuttgart. Ces données montrent que, par rapport à la vitesse de déformation quasi-statique spécifiée dans la norme ASTM C1135, la résistance à la traction du matériau silicone structurel est à une vitesse de déformation ultime de 5 m/s (197 po/s). La résistance et l'allongement augmentent. Indique la relation entre la déformation et les propriétés physiques.
Le TSSA étant un matériau hautement élastique, doté d'un module et d'une résistance supérieurs à ceux du silicone structural, ses performances générales devraient être identiques. Bien qu'aucun essai en laboratoire à des vitesses de déformation élevées n'ait été réalisé, on peut s'attendre à ce que la vitesse de déformation élevée lors de l'explosion n'affecte pas la résistance.
Le verre boulonné a été testé et répond aux normes d'atténuation des explosions [11], et a été exposé lors du Glass Performance Day 2013. Les résultats visuels démontrent clairement les avantages de la fixation mécanique du verre après sa rupture. Pour les systèmes à fixation purement adhésive, cela représente un défi.
Le cadre est constitué de profilés en acier standard américain de 151 mm de profondeur x 48,8 mm de largeur x 5,08 mm d'épaisseur (6 po x 1,92 po x 0,20 po), généralement appelés rainures C 6 po x 8,2 lb. Les profilés en C sont soudés aux angles, et une section triangulaire de 9 mm d'épaisseur est soudée aux angles, en retrait de la surface du cadre. Un trou de 18 mm a été percé dans la plaque afin de permettre l'insertion facile d'un boulon de 14 mm de diamètre.
Les ferrures métalliques TSSA d'un diamètre de 60 mm (2,36 pouces) sont situées à 50 mm (2 pouces) de chaque angle. Placez quatre ferrures sur chaque pièce de verre pour obtenir une symétrie parfaite. La particularité du TSSA est de pouvoir être placé près du bord du verre. Les accessoires de perçage pour fixation mécanique dans le verre ont des dimensions spécifiques à partir du bord, qui doivent être intégrées à la conception et percées avant la trempe.
La taille près du bord améliore la transparence du système fini, tout en réduisant l'adhérence du joint en étoile grâce au couple plus faible appliqué sur un joint en étoile classique. Le verre sélectionné pour ce projet est composé de deux couches de verre trempé transparent de 6 mm (1/4″) (1524 mm x 1524 mm (5′ x 5′) laminées avec un film intermédiaire ionomère Sentry Glass Plus (SGP) de 1,52 mm (0,060″).
Un disque de TSSA de 1 mm (0,040 pouce) d'épaisseur est appliqué sur un raccord en acier inoxydable apprêté de 60 mm (2,36 pouces) de diamètre. Ce primaire, conçu pour améliorer la durabilité de l'adhérence à l'acier inoxydable, est un mélange de silane et de titanate dans un solvant. Le disque métallique est pressé contre le verre avec une force mesurée de 0,7 MPa (100 psi) pendant une minute pour assurer le mouillage et le contact. Placer les composants dans un autoclave à 11,9 bars (175 psi) et 133 °C (272 °F) afin que le TSSA atteigne le temps de trempage de 30 minutes nécessaire au durcissement et à l'adhérence dans l'autoclave.
Une fois l'autoclave terminé et refroidi, inspectez chaque raccord TSSA, puis serrez-le à 55 Nm (40,6 pieds-livres) pour une charge standard de 1,3 MPa (190 psi). Les accessoires pour TSSA sont fournis par Sadev et sont identifiés comme accessoires TSSA R1006.
Assemblez le corps principal de l'accessoire au disque de durcissement sur le verre et abaissez-le dans le cadre en acier. Ajustez et serrez les écrous sur les boulons de manière à ce que le verre extérieur soit au même niveau que le cadre en acier. Le joint de 13 mm x 13 mm (1/2″ x ½″) entourant le périmètre du verre est scellé avec une structure en silicone en deux parties afin que l'essai de charge puisse commencer le lendemain.
Le test a été réalisé à l'aide d'un tube amortisseur au Laboratoire de recherche sur les explosifs de l'Université du Kentucky. Ce tube amortisseur est composé d'un corps en acier renforcé, permettant l'installation d'unités jusqu'à 3,7 m x 3,7 m sur la face avant.
Le tube d'impact est actionné en plaçant des explosifs sur toute sa longueur afin de simuler les phases positive et négative de l'explosion [12] [13]. Placez l'ensemble du cadre en verre et en acier dans le tube amortisseur pour le tester, comme illustré à la figure 4.
Quatre capteurs de pression sont installés à l'intérieur du tube à choc, permettant de mesurer avec précision la pression et le pouls. Deux caméras vidéo numériques et un appareil photo reflex numérique ont été utilisés pour enregistrer le test.
La caméra haute vitesse MREL Ranger HR, située près de la fenêtre à l'extérieur du tube à choc, a enregistré le test à 500 images par seconde. Un enregistreur laser de déflexion de 20 kHz a été placé près de la fenêtre pour mesurer la déflexion au centre de celle-ci.
Les quatre composants de l'ossature ont été testés neuf fois au total. Si le verre ne sort pas de l'ouverture, le composant est à nouveau testé sous une pression et un impact plus élevés. Dans chaque cas, les données de pression et d'impulsion cibles, ainsi que la déformation du verre, sont enregistrées. Chaque essai est ensuite évalué conformément à la norme AAMA 510-14 [Directives volontaires du système d'isolation pour l'atténuation des risques d'explosion].
Comme décrit ci-dessus, quatre assemblages de cadres ont été testés jusqu'à ce que le verre soit retiré de l'ouverture de l'orifice de soufflage. L'objectif du premier essai est d'atteindre 69 kPa à une impulsion de 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-msec). Sous la charge appliquée, la vitre s'est brisée et s'est détachée du cadre. Les fixations ponctuelles Sadev permettent au TSSA d'adhérer au verre trempé brisé. Lorsque le verre trempé s'est brisé, il a quitté l'ouverture après une déflexion d'environ 100 mm (4 pouces).
Sous une charge continue croissante, le cadre 2 a été testé trois fois. Les résultats ont montré que la défaillance ne s'est produite qu'à partir d'une pression de 69 kPa (10 psi). Les pressions mesurées de 44,3 kPa (6,42 psi) et 45,4 kPa (6,59 psi) n'ont pas affecté l'intégrité du composant. Sous une pression mesurée de 62 kPa (9 psi), la déflexion du verre a provoqué sa rupture, laissant la vitre dans l'ouverture. Tous les accessoires TSSA sont fixés avec du verre trempé brisé, comme illustré à la figure 7.
Sous une charge continue croissante, le cadre 3 a été testé à deux reprises. Les résultats ont montré que la défaillance ne s'est produite que lorsque la pression a atteint la valeur cible de 69 kPa (10 psi). La pression mesurée de 48,4 kPa (7,03 psi) n'affecte pas l'intégrité du composant. La collecte de données n'a pas permis de déterminer la déflexion, mais l'observation visuelle de la vidéo a montré que la déflexion du cadre 2 test 3 et du cadre 4 test 7 était similaire. Sous une pression de mesure de 64 kPa (9,28 psi), la déflexion du verre mesurée à 190,5 mm (7,5 po) a entraîné une rupture, laissant la vitre dans l'ouverture. Tous les accessoires TSSA sont fixés avec du verre trempé brisé, comme illustré à la figure 7.
Sous une charge continue croissante, le cadre 4 a été testé trois fois. Les résultats ont montré que la défaillance ne s'est produite qu'une fois la pression cible de 10 psi atteinte pour la deuxième fois. Les pressions mesurées de 46,8 kPa (6,79) et 64,9 kPa (9,42 psi) n'affecteront pas l'intégrité du composant. Lors de l'essai n° 8, le verre a subi une flexion de 100 mm (4 pouces). Cette charge devrait entraîner la rupture du verre, mais d'autres données peuvent être obtenues.
Lors du test n° 9, la pression mesurée de 65,9 kPa (9,56 psi) a dévié le verre de 190,5 mm (7,5 po) et l'a brisé, laissant la vitre dans l'ouverture. Tous les accessoires TSSA sont fixés avec le même verre trempé brisé que celui de la figure 7. Dans tous les cas, les accessoires peuvent être facilement retirés du cadre en acier sans dommage apparent.
La TSSA reste inchangée pour chaque essai. Après l'essai, lorsque le verre reste intact, aucune modification visuelle de la TSSA n'est observée. La vidéo haute vitesse montre le verre se brisant à mi-portée, puis sortant de l'ouverture.
À partir de la comparaison de la rupture du verre et de l'absence de rupture dans les figures 8 et 9, il est intéressant de noter que le mode de fracture du verre se produit loin du point d'attache, ce qui indique que la partie non liée du verre a atteint le point de flexion, qui se rapproche rapidement. La limite d'élasticité fragile du verre est relative à la partie qui reste liée.
Cela indique que, lors de l'essai, les plaques brisées de ces pièces sont susceptibles de se déplacer sous l'effet des forces de cisaillement. En combinant ce principe et l'observation selon laquelle le mode de défaillance semble être la fragilisation de l'épaisseur du verre à l'interface adhésive, à mesure que la charge prescrite augmente, les performances devraient être améliorées en augmentant l'épaisseur du verre ou en contrôlant la déflexion par d'autres moyens.
L'essai 8 du cadre 4 a été une agréable surprise dans le laboratoire d'essai. Bien que le verre ne soit pas endommagé, permettant ainsi un nouveau test, le TSSA et les bandes d'étanchéité environnantes peuvent encore supporter cette charge importante. Le système TSSA utilise quatre fixations de 60 mm pour soutenir le verre. Les charges de vent de conception sont des charges vives et permanentes, toutes deux à 2,5 kPa (50 psf). Cette conception modérée, offrant une transparence architecturale idéale, présente des charges extrêmement élevées et le TSSA reste intact.
Cette étude a été menée afin de déterminer si l'adhérence du système de verre présentait des risques ou des défauts inhérents, notamment en ce qui concerne les faibles exigences de performance du sablage. Un simple système d'accessoires TSSA de 60 mm est installé près du bord du verre et assure sa performance jusqu'à sa rupture. Lorsque le verre est conçu pour résister à la rupture, le TSSA constitue une méthode de connexion viable, offrant un certain degré de protection tout en respectant les exigences de transparence et d'ouverture du bâtiment.
Selon la norme ASTM F2912-17, les composants de fenêtre testés atteignent le niveau de risque H1 pour le niveau C1. L'accessoire Sadev R1006 utilisé dans l'étude n'est pas concerné.
Le verre trempé utilisé dans cette étude constitue le maillon faible du système. Une fois brisé, le TSSA et la bande d'étanchéité qui l'entoure ne peuvent retenir une grande quantité de verre, car de petits fragments de verre restent sur le matériau en silicone.
Du point de vue de la conception et des performances, le système adhésif TSSA a démontré son haut niveau de protection des composants de façade de qualité explosive, dès le niveau initial des indicateurs de performance explosive, un niveau largement reconnu par l'industrie. La façade testée montre que, lorsque le risque d'explosion est compris entre 41,4 kPa (6 psi) et 69 kPa (10 psi), les performances en termes de niveau de risque sont sensiblement différentes.
Il est toutefois important de noter que la différence de classification des risques ne soit pas imputable à une rupture adhésive, comme l'indique le mode de rupture cohésive des fragments d'adhésif et de verre entre les seuils de risque. D'après les observations, la taille du verre est ajustée de manière appropriée pour minimiser la déflexion et prévenir la fragilité due à une réponse accrue au cisaillement à l'interface de flexion et de fixation, ce qui semble être un facteur clé de performance.
Les conceptions futures pourraient permettre de réduire le niveau de risque sous des charges plus élevées en augmentant l'épaisseur du verre, en fixant la position de la pointe par rapport au bord et en augmentant le diamètre de contact de l'adhésif.
[1] ASTM F2912-17 Spécification standard de la fibre de verre, verre et systèmes de verre soumis à des charges à haute altitude, ASTM International, West Conshawken, Pennsylvanie, 2017, https://doi.org/10.1520/F2912-17 [2 ] Hilliard, JR, Paris, CJ et Peterson, CO, Jr., « Verre d'étanchéité structurel, technologie d'étanchéité pour systèmes de verre », ASTM STP 638, ASTM International, West Conshooken, Pennsylvanie, 1977, p. 67- 99 pages. [3] Zarghamee, MS, TA, Schwartz et Gladstone, M., « Performances sismiques du verre de silice structurel », Building Sealing, Sealant, Glass and Waterproof Technology, Volume 1. 6. ASTM STP 1286, JC Myers, éditeur, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvanie, 1996, pp. [4] Carbary, LD, « Examen de la durabilité et des performances des systèmes de fenêtres en verre structurel en silicone », Glass Performance Day, Tampere, Finlande, juin 2007, Actes de la conférence, pages 190-193. [5] Schmidt, CM, Schoenherr, WJ, Carbary LD et Takish, MS, « Performance des adhésifs structuraux en silicone », Glass System Science and Technology, ASTM STP1054, CJ Université de Paris, American Society for Testing and Materials, Philadelphie, 1989, pp. 22-45 [6] Wolf, AT, Sitte, S., Brasseur, M., J. et Carbary L. D, « Adhésif silicone structurel transparent pour la fixation de vitrages (TSSA) Évaluation préliminaire des propriétés mécaniques et de la durabilité de l'acier », Quatrième Symposium international sur la durabilité « Mastic et adhésifs de construction », ASTM International Magazine, publié en ligne, août 2011, volume 8, numéro 10 (11 novembre 2011), JAI 104084, disponible sur le site Web suivant : www.astm.org/DIGITAL_LIBRARY/JOURNALS/JAI/PAGES/JAI104084.htm. [7] Clift, C., Hutley, P., Carbary, LD, Adhésif silicone à structure transparente, Glass Performance Day, Tampere, Finlande, juin 2011, Actes de la réunion, pages 650-653. [8] Clift, C., Carbary, LD, Hutley, P., Kimberlain, J., « Verre de silice structurel de nouvelle génération », Facade Design and Engineering Journal 2 (2014) 137–161, DOI 10.3233 / FDE-150020 [ 9] Kenneth Yarosh, Andreas T. Wolf et Sigurd Sitte « Évaluation des mastics en caoutchouc de silicone dans la conception de fenêtres pare-balles et de murs-rideaux à taux de déplacement élevés », ASTM International Magazine, numéro 1. 6. Article n° 2, ID JAI101953 [10] ASTM C1135-15, Méthode d'essai standard pour déterminer la performance d'adhérence à la traction des mastics structurels, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvanie, 2015, https://doi.org/10.1520/C1135-15 [11] Morgan, T., « Progrès dans le verre antidéflagrant à fixation par boulon », Glass Performance Day, juin 2103, compte rendu de la réunion, pp. 181-182 [12] ASTM F1642 / F1642M-17 Méthode d'essai standard pour le verre et les systèmes de verre soumis à de fortes charges de vent, ASTM International, West Conshohocken, Pennsylvanie, 2017, https://doi.org/10.1520/F1642_F1642M-17 [13] Wedding, William Chad et Braden T. Lusk. « Une nouvelle méthode pour déterminer la réponse des systèmes de verre antidéflagrants aux charges explosives. » Métrique 45.6 (2012) : 1471-1479. [14] « Directives volontaires pour l'atténuation du risque d'explosion des systèmes de fenêtres verticales » AAMA 510-14.