Projeto, Engenharia e Teste Experimental de Colunas Tubulares de Vidro

Data: 7 de julho de 2022

Esta investigação centra-se na conceção, fabrico e ensaio de colunas tubulares de vidro, com particular enfoque na sua redundância e mecanismos de segurança contra incêndios; além disso, abordando aspectos como: a forma da coluna; limpeza e manutenção; conexões finais; tolerâncias geométricas no vidro e desmontabilidade. Dois projetos alternativos de coluna oca circular (tubo) são inicialmente desenvolvidos e projetados para atender a esses aspectos, a saber: o MLA (Multi Layered with Air) e o SLW (Single Layered with water). Em ambos os conceitos, a principal estrutura de suporte de carga consiste em dois tubos concêntricos de vidro laminado.

Assim, a fim de explorar os desafios de fabricação e o potencial estrutural desses conceitos, a prototipagem e o trabalho experimental concentram-se em seis amostras de 300 mm de comprimento com 115 mm de diâmetro externo que são laminadas e encaixadas em conexões de aço projetadas e personalizadas. Particular atenção em termos de fabricação é dada ao processo de laminação e à formação de bolhas associada, à possível fratura do vidro por tensões internas de cura da resina e à interface entre o tubo de vidro e as conexões finais de aço. Todas as amostras são laminadas com o componente Ködistruct LG 2-PU.

Três amostras são montadas usando vidro DURAN® (recozido) e as outras três usando vidro DURATAN® (reforçado pelo calor). Posteriormente, as seis amostras são testadas em compressão até a falha para investigar o comportamento do material interlayer, o comportamento pós-fratura dos projetos, as diferenças entre as amostras recozidas e reforçadas termicamente, a capacidade dos tubos de vidro e o desempenho de as conexões finais. As trincas iniciais apareceram entre 95-160 kN (resistência à compressão de 30-50 MPa) nas amostras DURAN® e entre 120-160 kN (resistência à compressão de 37-50 MPa) nas amostras DURATAN®.

Essas cargas são inferiores às estimadas pelos cálculos; especificamente, as primeiras fissuras ocorreram em 34-64% da carga calculada. No entanto, as amostras se mostraram robustas, com uma capacidade de carga considerável além das primeiras fissuras, levando a uma capacidade nominal máxima de resistência à compressão de até 152 MPa para as amostras DURATAN® e até 233 MPa para as amostras DURAN® .

1.1. Introdução do problema

A alta resistência à compressão do vidro o torna ideal para elementos de compressão, como colunas. As colunas de vidro são uma aplicação particularmente promissora, porque sua transparência também permite a continuidade do espaço e uma melhor penetração da luz do dia em espaços internos. No entanto, eles raramente são aplicados na prática, devido a vários motivos, a saber: falta de dados de resistência suficientes e diretrizes de construção, variáveis ​​​​incertas, custos, complicações com a fabricação, baixa resistência ao fogo, baixa resistência à tração e natureza frágil e espontânea do vidro falha (Kalamar et al. 2016) (Oikonomopoulou et al. 2017).

De acordo com Nijsse e Ten Brincke (2014), existem cinco tipos de colunas totalmente de vidro: perfiladas, tubulares em camadas, agrupadas, fundidas e empilhadas. Oikonomopoulou et al. (2017) apresenta uma extensa visão geral do trabalho experimental realizado até agora sobre os diferentes tipos de colunas totalmente em vidro e afirma que, atualmente, a única coluna de vidro estrutural autônoma aplicada em edifícios é a coluna de vidro perfilado com uma cruz cruciforme -seção. No entanto, um pilar fechado, tubular e perfilado apresenta consideravelmente melhor resistência à flambagem (torção); além disso, devido à falta de ângulos e bordas, é menos suscetível a impactos acidentais (Eekhout 2019) e pode ser percebido visualmente como menos intrusivo.

Embora algumas pesquisas experimentais tenham sido realizadas em tubos de vidro por Achenbach e Jung (2003), Doenitz et al. (2003) e Overend et al. (2005), ainda não existem métodos de fabricação bem estabelecidos com métodos de verificação e cálculo relacionados para esse tipo de coluna de vidro com formato eficiente. Apesar da falta de exemplos existentes de colunas de tubos de vidro, os tubos de vidro foram previamente aplicados estruturalmente em estruturas de tensegridade (Achenbach e Jung 2003), na fachada do átrio do Tower Place em Londres (Doenitz et al. 2003) e em uma viga de treliça zip que demonstra tensão e compressão por cores que se iluminam nos tubos de vidro (Glass & Swinging Structures bv. 2021).