Vidro estrutural em condições extremas: aplicações em ambiente submerso

Abstract

O vidro é um material milenar. No entanto, a sua utilização na construção tem apenas alguns séculos. Depois de uma constante evolução no processo de fabrico de vidro, nos dias de hoje é possível criar painéis de vidro liso com elevadas resistências, que além de serem usados como elementos decorativos, cada vez mais são utilizados como elementos estruturais. Nesta dissertação foi feito um estudo da aplicação do vidro como elemento estrutural num caso muito específico, a sua utilização em ambiente submerso, nomeadamente a sua utilização em piscinas e aquários. Este tipo de estruturas, devido aos seus requisitos funcionais, requer elevados cuidados no processo de estudo e dimensionamento. Ao longo deste trabalho foram estudadas soluções estruturais de vidro laminado tendo em consideração os fatores que influenciam a aplicação deste tipo de material em ambiente submerso. Neste contexto, o estudo compreendeu uma componente de trabalho experimental e posteriormente uma avaliação com recurso a modelos numéricos do comportamento estrutural dos elementos de vidro estudados. Numa primeira fase procedeu-se ao ensaio experimental do vidro em flexão simples tendo por base a norma EN 1288-3, com vista à caracterização do comportamento mecânico do vidro e posteriormente proceder à calibração dos modelos numéricos. Numa segunda fase procedeu-se ao ensaio experimental de vidro em consola, com o objetivo de estudar o comportamento do apoio em termos de rigidez e manutenção das propriedades geométricas e mecânicas. Os parâmetros estudados foram o comprimento de entrega do vidro, a espessura dos elementos de ligação e o nível de pré-compressão aplicada nesse material que faz a transmissão de esforços, entre o vidro e a estrutura de suporte. Para complementar o estudo experimental realizaram-se modelos numéricos para permitir simular o comportamento dos materiais e dos sistemas de apoio que foram alvo do estudo experimental, e desta forma validar a utilização dos modelos numéricos. Por fim, dada a impossibilidade de realizar um modelo experimental que representasse a aplicação específica de painéis de vidro laminado sujeito a cargas hidrostáticas, que na maior parte dos casos consiste no problema de dimensionamento real, procedeu-se à modelação numérica de dois casos de estudo, com o objetivo de estudar o comportamento geral dos painéis de vidro quando sujeitos a este tipo de cargas e para as condições de apoio estudadas. De forma complementar à modelação dos casos de estudo, procedeu-se à calibração dos modelos numéricos recorrendo à pré-norma de dimensionamento prEN 16612, com o objetivo de validar os resultados numéricos.

Glass is an ancient material. However it has been only used for construction purpose for a few centuries. After a constant evolution in the production process of glass, today is possible to create smooth glass panels with high resistances, which are increasingly being used as structural elements in addition to its decorative function. A study of the application of glass as a structural element in a very specific case, their use in underwater environment, including its use in swimming pools and aquariums was conducted as part of this dissertation .This type of structure due to its functional requirements, requires a strong attention to details during the study and design process. Throughout this work, structural laminated glass solutions were studied and it was taken into account the factors that influenced the application of this type of material in submerged environment. In this context, the study comprised a component of experimental work and then an evaluation using numerical models of structural behavior of the glass elements studied. In a first phase it was carried out an experimental test which consisted of bending glass attending to the standard EN 1288-3, for the characterization of the mechanical behavior of the glass and then the calibration of numerical models was realized. In a second phase it was carried out to test a cantilever glass panel, with the aim of studying the behavior of the support in terms of rigidity and maintenance of the geometrical and mechanical properties. The parameters studied were the length of fix of the glass, the thickness of the connecting elements and the level of pre-compression which is applied to the material that is responsible for the transmission of efforts between the glass and the support structure. To complement the experimental studies numerical models were made to allow the simulation of the behavior of the materials and support systems that were targeted in the experimental study, and thus validate the use of numerical models. Finally, given the impossibility of performing an experimental model that represented the specific application of laminated glass panels subjected to hydrostatic loads, which in most cases consists of real sizing problem, we proceeded to the numerical modeling study of two cases with the aim of studying the general behavior of glass panels when subjected to such loads and support conditions. Apart of the modeling case study form, the calibration of numerical models were proceeded using the standard prEN 16612, with the aim of validating the numerical results.