Caracterização do comportamento de vigas de vidro estrutural sujeitas a solicitação cíclica

Abstract

O vidro estrutural é um material inovador com grande expressão na Arquitetura e Engenharia contemporâneas. Apresenta diversas vantagens do ponto de vista estético, entre as quais se destaca a luminosidade e a ilusão de espaço, e arquitetónico, dando origem a espaços amplos e revolucionários, com designs únicos. Em termos energéticos pode também representar uma mais-valia, permitindo grandes poupanças de iluminação e aquecimento. É por estas e muitas outras razões que a sua aplicação como material estrutural se tem tornado cada vez mais frequente e em áreas significativamente maiores. No entanto, a atual regulamentação para o dimensionamento com vidro estrutural é incompleta em muitos aspetos. Um dos quais é o comportamento do vidro estrutural quando sujeito a solicitação cíclica. Esta ação é particularmente importante porque existe um grande número de elementos em edifícios que estão sujeitos a cargas reversíveis de longa duração, devido à ação do vento. A solicitação cíclica tem efeitos no comportamento estrutural destes elementos, uma vez que é uma ação muito penalizadora para materiais frágeis, como o vidro, e compostos, como o vidro laminado. Para contribuir para a criação de regulamentação relativa a esta ação, foram realizados ensaios monotónicos e cíclicos à escala real, com o intuito de averiguar as diferenças entre eles e caraterizar o seu comportamento estrutural. Adicionalmente, foram também efetuados ensaios reológicos para caraterização do material vidro. Uma vez que não existe bibliografia relativa a ações cíclicas em vidro laminado, foi estabelecida uma estratégia de carregamento cíclico. No final dos ensaios foi contabilizado o dano estrutural induzido pela solicitação cíclica. O elemento de vidro escolhido para este estudo foi a viga, por ser um elemento muito comum e que está frequentemente sujeito a ações cíclicas (devido ao vento nas fachadas). As conclusões obtidas permitem verificar que existe dano em regime elástico e pós-rotura. As suas causas são analisadas e o valor do dano estrutural é contabilizado em ambos os regimes, através de dois métodos distintos. Foi também analisada a influência do sistema de pré-esforço. O trabalho efetuado encontra-se no âmbito do projeto S-Glass: Desempenho Estrutural e Regras de Projeto de Vigas de Vidro Reforçadas Externamente; PTDC/ECM/116609/2010.

Structural glass is an innovative material with large appliance in contemporary Architecture and Engineering. It presents several advantages from an aesthetic point of view, among which stands out the lightness and the illusion of space, and architectural, creating large spaces and unique designs. In terms of energy, it could represent a great value, allowing for high savings in illumination and heating. For these and much more reasons, it use as a load bearing material have been increasing, in larger and larger areas. However, actual standards for dimensioning of structural glass elements is incomplete in so many issues. One of them is the behaviour of structural glass under cyclic loading. This action is particularly important because a large number of elements on buildings are subjected to longterm reverse loading, due to wind. Cyclic loading have consequences on the structural behaviour of this elements, once it is a highly negative effect on fragile materials, such as glass, and composite materials, such as laminated glass. In order to contribute to the establishment of rules regarding this load type, monotonic and cyclic tests, in full-scale beams, were performed, with the aiming of investigate the differences between them and characterize each the structural behaviour. Additional, small-scale tests were performed to characterize the rheological properties of the glass material. Because there are no references related with cyclic loading on glass elements, a cyclic loading strategy were established. After all tests, the structural damage due to the cyclic loading were accounted. Fins were the chosen element to perform the described tests, because it is a very common type of element, which is frequently subjected to reverse loadings, due to the wind on façades. The conclusion allowed to verify the existence of damage in both elastic and post-fracture regimes. The causes were analysed and the value of structural damage were accounted, in both regimes, using two different methods. The influence of the introduction of the prestress system were also evaluated. The research is within the framework of the research project S -Glass: Performance and Structural Beam Draft Rules of Glass Reinforced Externally; PTDC/ECM/116609/2010