Investigações sobre o comportamento à flexão a frio de uma unidade de vidro duplo com borda rígida

Data: 28 de julho de 2022

Fachadas de formato livre com vidro curvo estão se tornando cada vez mais populares. Como dobrar o vidro proporciona uma melhor resistência a cargas fora do plano, isso pode resultar em um vidro mais fino. Uma nova técnica promissora é dobrar a frio placas de vidro finas com uma borda estrutural rígida em um parabolóide hiperbólico (hypar) e, posteriormente, travar os cantos para criar um sistema autocontido e auto-esforçado. Neste estudo, o processo de flexão de unidades de vidro duplo especialmente fabricadas (“painéis”) é investigado com foco em um fenômeno de instabilidade local. A hipótese de que esta instabilidade é afetada pela rigidez da borda da placa é testada usando perfis de GFRP 30x30 mm como espaçadores ao longo do perímetro do vidro.

Estes foram colados ao vidro com adesivo de silicone Dow 993. Foram produzidos quatro painéis de 1,5x1,5 m no total, três com vidro totalmente temperado (FT) de 4 mm e um com vidro temperado quimicamente (CT) de 1,1 mm. Os painéis foram dobrados a frio em uma série de experimentos de laboratório. Um modelo numérico foi desenvolvido para fornecer maiores informações sobre a resposta mecânica e prever o resultado dos experimentos. Com os tamanhos dos painéis utilizados não foi possível formar um hypar. Devido à pequena espessura do vidro, uma das diagonais sempre endireitaria quando dobrada a frio. Os painéis FT de 4 mm falharam quando a placa inferior fraturou com um deslocamento de canto de cerca de 150 mm e uma carga total de 2,6 kN.

A placa inferior do CT 1,1 mm também foi a primeira a fraturar, com deslocamento de canto de 120 mm e carga total de 1,4 kN. As placas superior e inferior entraram em contato no centro da placa quando o deslocamento do canto foi em torno de 50 mm para os painéis FT 4 mm e em torno de 30 mm para o painel CT 1,1 mm. O modelo numérico previu esse contato e o comportamento global do painel até um deslocamento de canto de 60 mm. Concluiu-se que o vidro era muito fino para criar um hypar com este tamanho de painel. Os dados experimentais gerados juntamente com o modelo numérico são úteis para futuras pesquisas e desenvolvimentos.

Curvaturas tridimensionais, de magnitude suficiente, poderiam tornar viável o uso de vidro fino (<2,1 mm) para uso em edifícios, levando a estruturas mais leves e menores emissões de carbono. Muitos pesquisadores na última década procuraram maneiras de implementar isso, e muitos, como Galuppi et al (2014) e Datsiou e Overend (2016), consideram moldar finas folhas de vidro em um parabolóide hiperbólico (hypar). No entanto, estes estudos descobriram que existe uma grande dificuldade em moldar uma placa fina num hypar. Ao torcer a placa ocorre um fenômeno de instabilidade local em que uma das diagonais da placa se endireita (Figura 1). Eekhout e Staaks (2004) descobriram que esta instabilidade ocorre em um deslocamento de canto de cerca de 16 vezes a espessura da placa.

Nehring e Siebert (2018) descobriram que o uso de vidro laminado ajuda a obter uma curvatura maior com vidro fino. Para retardar ainda mais a instabilidade, Galuppi et al (2014) propõem uma solução envolvendo enrijecimento das arestas. Através de análises numéricas mostraram que o fenómeno de instabilidade está de facto atrasado. Para testar isso experimentalmente, Young (2019) realizou experimentos físicos em uma placa de vidro reforçado. Os resultados desses experimentos pareciam promissores. Portanto, o estudo descrito no presente artigo baseia-se nessas descobertas.

As placas utilizadas por Young (2019) foram de 1x1 m, confeccionadas em vidro quimicamente temperado (CT, Zaccaria et al, 2019) de 1,5 mm, endurecidas com perfis ocos quadrados de polímero reforçado com fibra de vidro (GFRP) de 30x30x3 mm. No presente estudo, os painéis foram ampliados para 1,5x1,5 m para se aproximarem dos tamanhos esperados em aplicações do mundo real. Pela mesma razão, uma placa de vidro adicional foi adicionada à unidade para produzir efetivamente uma unidade de envidraçamento isolado de vidro fino (IGU), que poderia fornecer níveis aceitáveis ​​de condutividade térmica exigidos em edifícios modernos (Figura 2).

Foi deixada uma lacuna nos cantos, de modo que a cavidade não foi selada. Desta forma, as partes individuais da moldura da borda poderiam mover-se de forma independente e a pressão interna não afetaria o processo de moldagem. Foram utilizados os mesmos perfis de GFRP utilizados por Young (2019), por serem leves, o que estava em linha com o objetivo original de criar um produto de construção leve. Além disso, o GFRP possui boas propriedades isolantes e uma boa relação rigidez-peso. Dois tipos de vidro foram utilizados para testar diferentes configurações do painel. Três painéis foram confeccionados com vidro totalmente temperado (FT) de 4 mm e um painel com vidro CT de 1,1 mm. A intenção original era produzir três painéis CT de 1,1 mm, mas os painéis de 1,1 mm no seu estado não tratado eram difíceis de fabricar devido à sua fragilidade e a quantidade de vidro CT recebido dentro do prazo deste estudo foi suficiente para um vidro CT unidade a ser montada.