A influência do padrão de fratura na resistência residual do vidro laminado em alta deformação

Data: 28 de março de 2023

Autores: SC Angelides, JP Talbot & M. Overend

Fonte:Estruturas e Engenharia de Vidro, volume 7

DOI: https://doi.org/10.1007/s40940-022-00168-y

Painéis de vidro laminado são cada vez mais instalados em fachadas envidraçadas para aumentar a proteção contra explosão dos edifícios. Esses painéis dúcteis oferecem resistência residual à flexão após a fratura das camadas de vidro, devido à ação composta dos fragmentos de vidro presos em compressão e a camada intermediária em tensão. Ensaios de flexão de três pontos realizados anteriormente em amostras de vidro laminado a baixa temperatura, que visavam simular os efeitos da alta taxa de deformação devido à dependência do tempo e da temperatura da camada intermediária, demonstraram um aumento da capacidade de carga final em duas ordens de grandeza em comparação com a temperatura ambiente. Esses ensaios foram realizados em corpos de prova com padrão de fratura idealizado, pré-fraturando trincas com espaçamento uniforme de 20 mm, alinhadas em ambas as camadas de vidro. Sob cargas de explosão, no entanto, ocorre um padrão aleatório de tamanhos de fragmentos irregulares, com as rachaduras nem sempre alinhadas nas duas camadas de vidro.

Além disso, a localização da dobradiça plástica dentro de cada corpo de prova coincidiu com o ponto de aplicação da carga, o que pode ter influenciado os resultados. Este artigo aborda essas preocupações relatando outros testes de baixa temperatura que consideraram quatro padrões pré-fraturados adicionais em dobras de três e quatro pontos. Os resultados demonstram que a capacidade do momento de flexão das amostras não é afetada pelo número e tamanho dos fragmentos de vidro e pela escolha do dispositivo de carga. Um aumento da capacidade de flexão é consistentemente observado para amostras com trincas desalinhadas que é quase o dobro de amostras com trincas alinhadas. Isso sugere que o padrão idealizado com fissuras alinhadas, considerado em trabalhos anteriores, resulta em uma estimativa de limite inferior da capacidade de flexão para painéis com padrões de fratura aleatórios formados sob carga de explosão.

Durante um evento de explosão, as fachadas dos edifícios atuam como a primeira barreira de defesa na proteção dos ocupantes, impedindo que as ondas de explosão penetrem no interior. Fachadas envidraçadas resilientes, capazes de oferecer essa proteção, podem ser obtidas usando painéis de vidro laminado dúctil em vez de painéis de vidro monolíticos inerentemente frágeis. Esses painéis sanduíche compostos, que consistem em várias camadas de vidro laminadas com uma camada intermediária de polímero transparente, mantêm os fragmentos de vidro no lugar e oferecem maior capacidade ao fornecer resistência à onda de choque após a fratura das camadas de vidro. Embora muitos tipos de intercamadas estejam disponíveis, o Centro para a Proteção da Infraestrutura Nacional do Reino Unido recomenda o uso apenas de polivinil butiral (PVB) e intercamadas de ionômero para proteção contra explosões (CPNI 2019). O foco aqui é o primeiro, pois é o interlayer mais comum usado em fachadas de edifícios.

A laminação das camadas de vidro e PVB resulta na formação de uma forte ligação de adesão entre as camadas de vidro e o PVB. Após a fratura das camadas de vidro, é essa ligação que retém os fragmentos de vidro na camada intermediária, reduzindo assim o risco de lesões relacionadas ao vidro durante eventos de explosão. Essa ligação não é uma constante universal e é afetada por fatores ambientais (Butchart e Overend 2012, 2013, 2017; Samieian et al. 2018). Além disso, alguns fragmentos delaminam invariavelmente em grandes deflexões (Hooper 2011; Pelfrene et al. 2016).

Um benefício adicional da ligação vidro-PVB é que os fragmentos de vidro anexados contribuem para a capacidade pós-fratura do painel, resultando em uma ação de flexão composta que envolve a camada intermediária, trabalhando em tensão, juntamente com os fragmentos de vidro que entram em contato à medida que o painel se deforma, trabalhando em compressão. Embora essa capacidade de flexão tenha sido experimentalmente demonstrada como insignificante sob cargas quase estáticas (ou seja, baixas taxas de deformação), em comparação com a capacidade do painel intacto (Kott e Vogel 2003, 2004, 2007), a resposta é fundamentalmente diferente em altas taxas de deformação associadas ao carregamento de explosão, devido à natureza viscoelástica do PVB. Deve-se notar que isso se aplica a fragmentos de vidro não confinados, pois a contribuição do vidro fraturado não é desprezível, mesmo em taxas de deformação muito baixas, se confinado entre camadas de vidro não fraturado (Overend et al. 2014).