Os sistemas de vidro com fixação pontual que atendem a esse requisito arquitetônico são especialmente populares em entradas térreas ou áreas públicas. Avanços tecnológicos recentes permitiram o uso de adesivos de altíssima resistência para fixar essas pedras-pomes grandes a acessórios sem a necessidade de perfurar o vidro.
A localização típica no solo aumenta a probabilidade de o sistema precisar atuar como uma camada protetora para os ocupantes do edifício, e esse requisito excede ou excede os requisitos típicos de carga de vento. Alguns testes foram realizados com o sistema de fixação por pontos para perfuração, mas não com o método de colagem.
O objetivo deste artigo é registrar um teste de simulação utilizando um tubo de choque com cargas explosivas para simular uma explosão e simular o impacto de uma carga explosiva em um componente transparente colado. Essas variáveis ​​incluem a carga de explosão definida pela norma ASTM F2912 [1], realizada em uma placa fina com um sanduíche de ionômero SGP. Esta pesquisa é a primeira a quantificar o potencial de desempenho explosivo para testes em larga escala e projetos arquitetônicos. Fixe quatro conexões TSSA com diâmetro de 60 mm (2,36 polegadas) a uma placa de vidro medindo 1524 x 1524 mm (60 polegadas x 60 polegadas).
Os quatro componentes carregados a 48,3 kPa (7 psi) ou menos não danificaram ou afetaram o TSSA e o vidro. Cinco componentes foram carregados sob pressão acima de 62 kPa (9 psi), e quatro dos cinco componentes apresentaram quebra de vidro, causando seu deslocamento da abertura. Em todos os casos, o TSSA permaneceu preso às conexões metálicas e não foi encontrado mau funcionamento, adesão ou colagem. Os testes demonstraram que, de acordo com os requisitos da norma AAMA 510-14, o projeto do TSSA testado pode fornecer um sistema de segurança eficaz sob uma carga de 48,3 kPa (7 psi) ou menos. Os dados gerados aqui podem ser usados ​​para projetar o sistema TSSA para atender à carga especificada.
Jon Kimberlain é especialista em aplicações avançadas de silicones de alto desempenho da Dow Corning. Lawrence D. Carbary é um cientista da indústria de construção de alto desempenho da Dow Corning, além de pesquisador de silicones e ASTM da Dow Corning.
A fixação estrutural de painéis de vidro com silicone é utilizada há quase 50 anos para aprimorar a estética e o desempenho de edifícios modernos [2] [3] [4] [5]. O método de fixação permite criar paredes externas lisas e contínuas com alta transparência. O desejo por maior transparência na arquitetura levou ao desenvolvimento e ao uso de paredes de malha de cabos e paredes externas suportadas por parafusos. Edifícios emblemáticos com desafios arquitetônicos contarão com a tecnologia moderna atual e deverão estar em conformidade com os códigos e padrões locais de construção e segurança.
O adesivo de silicone estrutural transparente (TSSA) foi estudado, e um método de suporte do vidro com peças de fixação por parafusos, em vez de furos, foi proposto [6] [7]. A tecnologia de cola transparente, com resistência, adesão e durabilidade, possui uma série de propriedades físicas que permitem aos projetistas de paredes-cortina projetar o sistema de conexão de uma forma única e inovadora.
Acessórios redondos, retangulares e triangulares que atendem aos padrões estéticos e de desempenho estrutural são fáceis de projetar. O TSSA é curado juntamente com o vidro laminado, sendo processado em uma autoclave. Após a remoção do material do ciclo de autoclave, o teste de verificação de 100% pode ser concluído. Essa vantagem de garantia de qualidade é exclusiva do TSSA, pois ele pode fornecer feedback imediato sobre a integridade estrutural do conjunto.
A resistência ao impacto [8] e o efeito de absorção de choque de materiais de silicone estrutural convencionais foram estudados [9]. Wolf et al. forneceram dados gerados pela Universidade de Stuttgart. Esses dados mostram que, em comparação com a taxa de deformação quase estática especificada na norma ASTM C1135, a resistência à tração do material de silicone estrutural é alcançada a uma taxa de deformação final de 5 m/s (197 pol/s). A resistência e o alongamento aumentam. Indica a relação entre a deformação e as propriedades físicas.
Como o TSSA é um material altamente elástico, com módulo e resistência maiores que o silicone estrutural, espera-se que apresente o mesmo desempenho geral. Embora não tenham sido realizados testes de laboratório com altas taxas de deformação, espera-se que a alta taxa de deformação na explosão não afete a resistência.
O vidro aparafusado foi testado, atende aos padrões de mitigação de explosão [11] e foi exibido no Glass Performance Day de 2013. Os resultados visuais demonstram claramente as vantagens da fixação mecânica do vidro após sua quebra. Para sistemas com fixação puramente adesiva, isso representa um desafio.
A estrutura é feita de perfis de aço padrão americano com dimensões de 151 mm de profundidade x 48,8 mm de largura x 5,08 mm de espessura (15,2 cm x 4,9 cm x 0,51 cm), geralmente chamados de ranhuras C de 15,2 cm x 21,2 cm. Os perfis C são soldados nos cantos, e uma seção triangular de 9 mm (0,375 pol.) de espessura é soldada nos cantos, recuada da superfície da estrutura. Um furo de 18 mm (0,71 pol.) foi perfurado na chapa para que um parafuso com diâmetro de 14 mm (0,55 pol.) pudesse ser facilmente inserido.
As conexões metálicas TSSA com diâmetro de 60 mm (2,36 polegadas) ficam a 50 mm (2 polegadas) de cada canto. Aplique quatro conexões em cada pedaço de vidro para deixar tudo simétrico. A característica única da TSSA é que ela pode ser instalada próxima à borda do vidro. Os acessórios de perfuração para fixação mecânica em vidro têm dimensões específicas a partir da borda, que devem ser incorporadas ao projeto e perfuradas antes da têmpera.
O tamanho próximo à borda melhora a transparência do sistema finalizado e, ao mesmo tempo, reduz a adesão da junta estrela devido ao menor torque na junta estrela típica. O vidro selecionado para este projeto são duas camadas transparentes temperadas de 6 mm (1/4"), medindo 1524 mm x 1524 mm (5' x 5'), laminadas com filme intermediário de ionômero Sentry Glass Plus (SGP) de 1,52 mm (0,060").
Um disco de TSSA com 1 mm (0,040 pol.) de espessura é aplicado a uma conexão de aço inoxidável com 60 mm (2,36 pol.) de diâmetro, preparada com primer. O primer é projetado para melhorar a durabilidade da adesão ao aço inoxidável e consiste em uma mistura de silano e titanato em um solvente. O disco metálico é pressionado contra o vidro com uma força medida de 0,7 MPa (100 psi) por um minuto para proporcionar umedecimento e contato. Coloque os componentes em uma autoclave que atinja 11,9 bar (175 psi) e 133 °C (272 °F) para que o TSSA atinja o tempo de imersão de 30 minutos necessário para a cura e colagem na autoclave.
Após a autoclave estar pronta e resfriada, inspecione cada conexão TSSA e aperte-a a 55 Nm (40,6 libras-pé) para obter uma carga padrão de 1,3 MPa (190 psi). Os acessórios para TSSA são fornecidos pela Sadev e identificados como acessórios TSSA R1006.
Monte o corpo principal do acessório no disco de cura sobre o vidro e encaixe-o na estrutura de aço. Ajuste e fixe as porcas dos parafusos de modo que o vidro externo fique nivelado com a parte externa da estrutura de aço. A junta de 13 mm x 13 mm (1/2" x ½") ao redor do perímetro do vidro é selada com uma estrutura de silicone de duas partes para que o teste de carga de pressão possa começar no dia seguinte.
O teste foi realizado com um tubo de choque no Laboratório de Pesquisa de Explosivos da Universidade de Kentucky. O tubo de absorção de choque é composto por um corpo de aço reforçado, que permite a instalação de unidades de até 3,7 m x 3,7 m na face.
O tubo de impacto é acionado pela colocação de explosivos ao longo do tubo de explosão para simular as fases positiva e negativa do evento de explosão [12] [13]. Coloque todo o conjunto de estrutura de vidro e aço no tubo de absorção de choque para teste, conforme mostrado na Figura 4.
Quatro sensores de pressão são instalados dentro do tubo de choque, para que a pressão e o pulso possam ser medidos com precisão. Duas câmeras de vídeo digitais e uma câmera SLR digital foram usadas para registrar o teste.
A câmera de alta velocidade MREL Ranger HR, localizada perto da janela, do lado de fora do tubo de choque, capturou o teste a 500 quadros por segundo. Configure um registro de laser de deflexão de 20 kHz próximo à janela para medir a deflexão no centro da janela.
Os quatro componentes da estrutura foram testados nove vezes no total. Se o vidro não sair da abertura, teste novamente o componente sob pressão e impacto mais elevados. Em cada caso, são registrados os dados de pressão, impulso e deformação do vidro. Em seguida, cada teste também é classificado de acordo com a norma AAMA 510-14 [Diretrizes Voluntárias do Sistema de Proteção contra Explosão para Mitigação de Riscos de Explosão].
Conforme descrito acima, quatro conjuntos de esquadrias foram testados até que o vidro fosse removido da abertura da porta de jateamento. O objetivo do primeiro teste é atingir 69 kPa a um pulso de 614 kPa-ms (10 psi A 89 psi-mseg). Sob a carga aplicada, a janela de vidro se estilhaçou e se soltou da esquadria. As conexões pontuais Sadev fazem com que o TSSA adira ao vidro temperado quebrado. Quando o vidro temperado se estilhaçou, o vidro saiu da abertura após uma deflexão de aproximadamente 100 mm (4 polegadas).
Sob a condição de carga contínua crescente, a estrutura 2 foi testada três vezes. Os resultados mostraram que a falha não ocorreu até que a pressão atingisse 69 kPa (10 psi). As pressões medidas de 44,3 kPa (6,42 psi) e 45,4 kPa (6,59 psi) não afetaram a integridade do componente. Sob a pressão medida de 62 kPa (9 psi), a deflexão do vidro causou a quebra, deixando a janela de vidro na abertura. Todos os acessórios TSSA são fixados com vidro temperado quebrado, conforme mostrado na Figura 7.
Sob a condição de carga contínua crescente, o quadro 3 foi testado duas vezes. Os resultados mostraram que a falha não ocorreu até que a pressão atingisse a meta de 69 kPa (10 psi). A pressão medida de 48,4 kPa (7,03) psi não afetará a integridade do componente. A coleta de dados não permitiu a deflexão, mas a observação visual do vídeo mostrou que a deflexão do teste 3 do quadro 2 e do teste 7 do quadro 4 foram semelhantes. Sob a pressão de medição de 64 kPa (9,28 psi), a deflexão do vidro medida a 190,5 mm (7,5") resultou em quebra, deixando a janela de vidro na abertura. Todos os acessórios TSSA são fixados com vidro temperado quebrado, o mesmo que a Figura 7.
Com carga contínua crescente, a estrutura 4 foi testada 3 vezes. Os resultados mostraram que a falha não ocorreu até que a pressão atingisse a meta de 10 psi pela segunda vez. As pressões medidas de 46,8 kPa (6,79) e 64,9 kPa (9,42 psi) não afetaram a integridade do componente. No teste nº 8, o vidro foi medido dobrando 100 mm (4 polegadas). Espera-se que essa carga cause a quebra do vidro, mas outros pontos de dados podem ser obtidos.
No teste nº 9, a pressão medida de 65,9 kPa (9,56 psi) desviou o vidro em 190,5 mm (7,5") e causou a quebra, deixando a janela de vidro na abertura. Todos os acessórios TSSA são fixados com o mesmo vidro temperado quebrado da Figura 7. Em todos os casos, os acessórios podem ser facilmente removidos da estrutura de aço sem nenhum dano aparente.
O TSSA para cada teste permanece inalterado. Após o teste, quando o vidro permanece intacto, não há alteração visual no TSSA. O vídeo em alta velocidade mostra o vidro quebrando no ponto médio do vão e, em seguida, saindo pela abertura.
A partir da comparação entre falha e ausência de falha do vidro na Figura 8 e Figura 9, é interessante notar que o modo de fratura do vidro ocorre bem longe do ponto de fixação, o que indica que a parte não ligada do vidro atingiu o ponto de curvatura, que está se aproximando rapidamente. O ponto de escoamento frágil do vidro é relativo à parte que permanece ligada.
Isso indica que, durante o teste, as placas quebradas nessas peças provavelmente se moverão sob forças de cisalhamento. Combinando esse princípio e a observação de que o modo de falha parece ser a fragilização da espessura do vidro na interface adesiva, à medida que a carga prescrita aumenta, o desempenho deve ser melhorado aumentando a espessura do vidro ou controlando a deflexão por outros meios.
O teste 8 da Estrutura 4 foi uma agradável surpresa na instalação de testes. Embora o vidro não esteja danificado, permitindo que a estrutura seja testada novamente, o TSSA e as faixas de vedação ao redor ainda conseguem suportar essa grande carga. O sistema TSSA utiliza quatro fixações de 60 mm para sustentar o vidro. As cargas de vento de projeto são cargas ativas e permanentes, ambas a 2,5 kPa (50 psf). Este é um projeto moderado, com transparência arquitetônica ideal, que apresenta cargas extremamente altas e o TSSA permanece intacto.
Este estudo foi realizado para determinar se a adesão adesiva do sistema de vidro apresenta riscos ou defeitos inerentes em termos de requisitos de baixo nível para desempenho de jateamento de areia. Obviamente, um sistema acessório TSSA simples de 60 mm é instalado próximo à borda do vidro e mantém o desempenho até que o vidro se quebre. Quando o vidro é projetado para resistir à quebra, o TSSA é um método de conexão viável que pode fornecer um certo grau de proteção, mantendo os requisitos de transparência e abertura do edifício.
De acordo com a norma ASTM F2912-17, os componentes de janela testados atingiram o nível de risco H1 no nível C1 da norma. O acessório Sadev R1006 utilizado no estudo não foi afetado.
O vidro temperado utilizado neste estudo é o "elo fraco" do sistema. Uma vez quebrado, o TSSA e a faixa de vedação ao redor não conseguem reter uma grande quantidade de vidro, pois uma pequena quantidade de fragmentos de vidro permanece no material de silicone.
Do ponto de vista de design e desempenho, o sistema adesivo TSSA demonstrou proporcionar um alto nível de proteção em componentes de fachada com grau de explosão no nível inicial dos indicadores de desempenho explosivo, o que foi amplamente aceito pela indústria. A fachada testada demonstrou que, quando o risco de explosão está entre 41,4 kPa (6 psi) e 69 kPa (10 psi), o desempenho no nível de risco é significativamente diferente.
No entanto, é importante ressaltar que a diferença na classificação de risco não pode ser atribuída à falha do adesivo, como indicado pelo modo de falha coesiva do adesivo e dos fragmentos de vidro entre os limites de risco. De acordo com as observações, o tamanho do vidro é ajustado adequadamente para minimizar a deflexão e evitar a fragilidade devido ao aumento da resposta ao cisalhamento na interface de flexão e fixação, o que parece ser um fator-chave no desempenho.
Projetos futuros podem reduzir o nível de risco sob cargas mais altas aumentando a espessura do vidro, fixando a posição da ponta em relação à borda e aumentando o diâmetro de contato do adesivo.
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