Examen de la carga

Fecha: 2 de septiembre de 2022

Este artículo presenta un estudio sobre el desarrollo de un sello de borde adherido para unidades de vidrio aislante llenas de líquido. Estos novedosos elementos de fachada permiten envolventes de edificios multifuncionales y una mayor eficiencia energética de los edificios. La junta de borde adherida de un acristalamiento lleno de fluido está sometida a una gran tensión debido a la presión hidrostática que actúa además de las cargas típicas en las fachadas. La exposición permanente al líquido también puede provocar graves efectos de envejecimiento. Por lo tanto, la junta de borde está diseñada de tal manera que la tensión química y física se divida en dos zonas funcionales. La primera zona funcional sirve como junta protectora y separa el fluido de la segunda zona funcional que soporta carga. Los adhesivos para ambas zonas funcionales se seleccionaron mediante un extenso programa de pruebas.

Una vez seleccionados los materiales, los nuevos elementos de fachada se prueban en pruebas de componentes a gran escala. Las maquetas se construyen a escala 1:2 en comparación con el tamaño original de los elementos de fachada previstos. Dado que el estudio se centra en el rendimiento del borde adherido, el detalle del borde se realiza en el tamaño original mientras que el tamaño del vidrio es más pequeño. El espesor del vidrio se modifica para lograr rotaciones en la zona del borde que corresponden a los elementos de fachada en tamaño original. Las pruebas se realizan en un banco de pruebas para muros cortina, que permite la carga simultánea del elemento mediante presión cíclica del viento y presión constante del agua. La unión adhesiva soporta todas las cargas excepto el peso propio de los cristales. Los resultados de las pruebas se comparan con los cálculos numéricos y se realiza una estimación del comportamiento de carga.

Casi ningún otro aspecto de un edificio representa mejor la arquitectura moderna que las fachadas de vidrio. Especialmente en edificios de oficinas y administrativos se desea la máxima transparencia y aprovechamiento de la luz natural. A pesar del diseño optimizado de las unidades de acristalamiento aislante (UGI) de paneles múltiples de alto rendimiento, las unidades de acristalamiento a gran escala están asociadas con una pérdida de energía relativamente alta. Esto se aplica tanto al aporte de energía provocado por la radiación solar en verano como a la disipación de energía por conducción térmica, radiación térmica y convección cuando las temperaturas exteriores son bajas en invierno. Por este motivo, constantemente se investiga para optimizar la fachada. El objetivo es crear envolventes multifuncionales para la construcción de viviendas de muy bajo consumo energético. En los últimos años se han llevado a cabo diversos proyectos de investigación sobre elementos de fachada llenos de fluido. Con la ayuda de un fluido se pueden regular térmicamente los elementos de la fachada.

La idea de llenar la cavidad del cristal con un fluido se basa en la elevada capacidad calorífica específica del agua, que es aproximadamente cuatro veces mayor que la del aire. Esto hace que el agua sea un muy buen portador de calor o refrigerante. Esta propiedad no cambia con la adición de aditivos químicos, que son necesarios para prevenir el crecimiento de algas. El uso de una mezcla de agua y etilenglicol ha demostrado su eficacia en varios proyectos de investigación. La mezcla fluida se puede mantener a una temperatura constante con sólo una pequeña cantidad de energía. De esta manera, los elementos de fachada llenos de líquido pueden contribuir a mejorar la temperatura interior. También es posible añadir a la mezcla de fluidos partículas magnéticas que reaccionen ante la radiación solar incidente y oscurezcan el cristal.

Al mismo tiempo, aumentan las exigencias estéticas en la envolvente del edificio. Las fachadas acristaladas con sellador estructural (fachadas SSG) tienen una gran demanda debido a su superficie homogénea. La Figura 1 muestra dos secciones transversales de fachadas SSG. El principio general se basa en una unión adhesiva resistente en la parte posterior del cristal exterior (cristales aislantes escalonados) o del cristal interior (cristales aislantes estándar). El mejor resultado estético se consigue si se evitan las abrazaderas externas. El resultado son grandes paneles de vidrio con un mínimo de marco.

Sin embargo, si la cavidad entre los cristales se llena con un fluido en lugar de una mezcla de aire y gas, la presión hidrostática y los procesos de degradación causados ​​por el fluido provocan una gran tensión en el sellador de bordes. Por lo tanto, las primeras aplicaciones piloto que surgieron de recientes proyectos de investigación se realizaron hasta ahora utilizando abrazaderas o fijaciones adicionales. La figura 2 muestra como ejemplo la casa de algas BIQ, construida en el marco de la Exposición Internacional de la Construcción 2006-2013 en Hamburgo. La primera fachada de fotobiorreactor del mundo es una aplicación de este tipo de elementos de acristalamiento llenos de líquido en la fachada. La radiación solar incidente se utiliza para producir calor y biomasa. Los elementos de la fachada están a la altura de un piso. Se ve claramente el marco de sujeción exterior que sujeta los cristales, figura 2 a la derecha.

El objetivo de la investigación actual es desarrollar un sellado de borde adherido para acristalamientos aislantes llenos de fluido que no requiera dicho marco. Entonces, el sello de borde debería poder soportar las tensiones de la presión hidrostática, el viento y las cargas vivas por sí solo, sin necesidad de sujeción externa. La exposición constante a líquidos es otro estrés importante, ya que la junta del borde adherida debe permanecer permanentemente resistente y estanca.

2.1. Elemento de fachada como ejemplo de diseño

Para un análisis de tensiones de elementos de fachada llenos de fluido, es necesario definir condiciones de contorno geométricas y estructurales. Una geometría típica y una construcción práctica del vidrio se pueden obtener, por ejemplo, del elemento de fachada del proyecto de investigación de la UE "InDeWaG – Desarrollo industrial de sistemas de acristalamiento con flujo de agua". Se trata de un elemento de fachada de un piso de altura con una altura de h = 3000 mm y un ancho de b = 1350 mm (Fig. 3). La cavidad del panel mide aproximadamente d = 24 mm. Contiene una mezcla fluida de agua y etilenglicol. (proporción de mezcla 70:30), que se utiliza para calentar y enfriar. Estos datos de geometría básica sirven como orientación como referencia para el enfoque de estudio en este artículo.

La presión hidrostática se acumula en las cavidades del panel como resultado del fluido. Esto depende de la altura de llenado y da como resultado un patrón de carga triangular (Fig. 4, izquierda). Con una altura de h = 3000 mm se obtiene en el punto base un máximo de ph≈ 30 kN/m². La presión actúa perpendicular a la superficie del vidrio y produce una tensión de tracción en el sello del borde adherido. Las cargas muertas no se transfieren a través de la unión adhesiva. Por lo tanto, no se producen tensiones de corte en el sellado del borde. Para reducir la tensión de tracción y limitar la deformación del panel, es técnicamente posible generar un vacío en el elemento de fachada (InDeWaG 2019). Con un vacío de pu≈ −15 kN/m², la presión del eje neutro se desplaza desde el borde superior al centro del elemento.

La distribución de carga asume una forma antisimétrica con una presión hidrostática de ph≈ −15 kN/m² en el borde superior y ph≈ 15 kN/m² en el borde inferior (Fig. 4, derecha). Incluso con la ayuda de la tecnología de vacío, en las fachadas SG la tensión sigue siendo significativamente mayor que la del acristalamiento convencional. Estos soportan fuerzas horizontales del viento de sólo aprox. 2 kN/m² mediante unión estructural. Para limitar las deformaciones se elige una estructura relativamente rígida de vidrio laminado de seguridad de 2 x 10 mm de vidrio termoendurecido.

2.2. Sellado de bordes pegado planificado

Se requiere un nuevo tipo de sello de borde de alto rendimiento para resistir las altas tensiones mecánicas resultantes de la presión hidrostática y también para resistir las severas tensiones de envejecimiento esperadas que resultan del contacto constante con la mezcla de fluidos. El diseño se basa en el principio de un sellado de borde convencional de una unidad de vidrio aislante llena de gas. Mediante la combinación de dos adhesivos se dividen así las funciones de "sellado" y "transferencia de carga" entre los materiales adecuados. Las zonas se denominan a continuación zonas funcionales primera y secundaria. La figura 5 muestra el sellado de bordes previsto. La zona funcional principal, entre el perfil hueco de acero inoxidable, que sirve como espaciador, y el vidrio, está en contacto constante con el fluido y es responsable de la estanqueidad. La zona funcional secundaria discurre a lo largo del borde de la unidad en el exterior del espaciador y soporta la presión hidrostática, el viento y las cargas vivas.

2.3. Selección de adhesivo y geometría de unión adhesiva.

Mediante un extenso programa de pruebas acompañado de cálculos numéricos fue posible seleccionar los adhesivos preferidos para el sellado de bordes planificado. Por ejemplo, se investigó el comportamiento de adhesión de los adhesivos con y sin envejecimiento artificial en la mezcla de agua y etilenglicol (Joachim 2021) y se realizaron pruebas de estanqueidad (Joachim 2022). Al final, la elección recayó en dos siliconas de dos componentes. Para la zona funcional principal se utilizó el Sikasil® AS-785 de curado rápido de Sika, desarrollado para la producción industrial. Se caracteriza por una muy buena adherencia y por su resistencia al envejecimiento. La zona funcional secundaria se produce con la silicona para acristalamiento estructural de mayor resistencia Sikasil® SG-550 de Sika. En comparación con las siliconas SG estándar, Sikasil® SG-550 permite dimensiones de unión adhesiva más pequeñas debido a su alta capacidad de carga.

Los cálculos numéricos adjuntos respaldaron la selección del adhesivo en la planificación de configuraciones de prueba y la estimación de los resultados de las pruebas. Además, permitió dimensionar la junta adhesiva después de una exitosa selección del adhesivo. La cavidad del panel objetivo y, por tanto, el espesor de la zona funcional secundaria debían ser de aprox. d = 24 mm. Sin embargo, las dimensiones del perfil hueco de acero inoxidable y el espesor de la zona funcional primaria determinaron la dimensión real de la cavidad del cristal. Los cálculos mostraron que una capa adhesiva de Sikasil® AS-785 con un espesor de 4 mm tiene una relación óptima entre rigidez y capacidad de deformación. Por lo tanto, se seleccionó como espaciador un perfil de acero inoxidable con una dimensión de v = 15 mm y t = 10 mm. La altura de la junta adhesiva de la zona funcional principal es de aprox. r = 8 mm. De ello resulta una cavidad de cristal y un espesor de la zona funcional secundaria de d = 23 mm. La altura requerida de la prueba funcional secundaria se calculó en u = 48 mm.

3.1. Muestras de prueba y proceso de fabricación.

Para comprobar el sellado de bordes previsto, se realizaron pruebas de componentes en modelos. Teniendo en cuenta el manejo y la economía, estos deberían ser más pequeños que los elementos reales de la fachada, pero al mismo tiempo representar la estructura de la manera más realista posible. Como resultado, se eligió un formato 1:2, es decir, dimensiones del panel de h = 1500 mm y w = 635 mm. Esto también permite prescindir de la técnica del vacío, ya que las maquetas alcanzan una presión hidrostática máxima de ph≈ 15 kN/m2 al llenarse, representando así la mitad inferior del elemento de fachada (Figura 6). Dado que la atención se centra en el estudio del sellado de borde adherido, el sellado de borde se realiza en su tamaño original. Para mantener iguales las cargas sobre la junta de borde, la estructura de vidrio se escala correspondientemente de modo que, como resultado de la deformación del cristal, las torsiones calculadas en la junta de borde correspondan a las del tamaño original. El resultado es una estructura de vidrio de vidrio laminado de seguridad realizada con vidrio termoendurecido de 2 x 5 mm.

Las maquetas se producen en dos pasos. En el primer paso, se aplica el adhesivo Sikasil® AS-785 (zona funcional primaria) en forma de cordón al marco espaciador prefabricado. El adhesivo se aplica a partir de cartuchos dobles. Inmediatamente después se retira el exceso de adhesivo con ayuda de una plantilla de politetrafluoroetileno (PTFE). Con ello se debe evitar en particular que el exceso de adhesivo se desborde hacia la cavidad del cristal. La figura 7a muestra ambos pasos de trabajo. A continuación se coloca el marco sobre el cristal y se presiona. El paso de trabajo se repite en la parte posterior del espaciador después de que el adhesivo se haya curado. El peso propio del segundo cristal es suficiente para generar una presión de apriete. Se debe tener cuidado para garantizar que se mantenga la altura deseada de la junta adhesiva. Para ello se utilizan distanciadores entre los cristales (fig. 7b).

Antes de proceder con la aplicación de la zona funcional secundaria, se deja curar el adhesivo de la zona funcional primaria durante 24 horas. Posteriormente, la cavidad restante entre los dos cristales se rellena con adhesivo Sikasil® SG-550 (zona funcional secundaria). El adhesivo está disponible exclusivamente en forma de hobbock y se procesa correspondientemente con ayuda de una planta. Posteriormente, se retira el adhesivo del borde del vidrio para lograr una apariencia de superficie plana (Fig. 7c). Dos bolsillos por cada borde largo del cristal quedan libres de adhesivo. Posteriormente se utilizan como punto de enganche para abrazaderas mecánicas (Fig. 7d).

En el marco de acero inoxidable, en uno de los lados cortos, se realizan dos pasos para permitir el llenado posterior de las maquetas. En ellos se inserta un perfil hueco redondo que sirve como entalladura en la zona funcional secundaria.

3.2. Programa de prueba

Para el elemento de fachada son posibles distintas cargas, que se detallan a continuación. Para el cálculo de las cargas de viento se partió de un edificio de ejemplo con unas dimensiones de 40 mx 20 mx 35 m en la zona de carga de viento 1, tierra adentro, y una superficie de carga de 4 m² (DIN EN 1991-1-4; DIN EN 1991 -1-4/NA).

a. Presión hidrostática: ph≈ 15 kN/m²b. Fallo de vacío: ph≈ 30 kN/m²c. Presión del viento: wp≈ 0,76kN/m²d. Succión del viento: ws≈ −1,14 kN/m² e. Carga del larguero: qh≈ 1 kN/mf. Impacto: m = 50 kg, h = 900 mmg. Rotura de cristal: VSG una hoja en un lado, VSG una hoja en ambos lados.

Las direcciones de carga son decisivas para la selección de las combinaciones de carga relevantes. La presión hidrostática (a y b) actúa desde el interior hacia el exterior y, por tanto, ejerce una carga de tracción sobre la junta del borde. Una presión del viento (c) presiona desde fuera sobre el cristal y sella el borde con él. Una succión de viento (d) atrae el cristal desde fuera y refuerza así la carga de tracción sobre la junta perimetral adherida. La carga lineal del larguero (e) también presiona el acristalamiento desde el exterior. Mientras que en los acristalamientos aislantes llenos de gas se produce un acoplamiento de los cristales debido a la cavidad de cristal herméticamente cerrada, aquí la tecnología de vacío compensa dichas presiones mediante una regulación independiente. En consecuencia, se pueden despreciar las cargas que actúan contra la carga hidrostática especificada. Sin embargo, debido al tipo especial de carga, se deben investigar las cargas de impacto (f) y se planifican junto con la rotura del vidrio (g) como conclusión de las pruebas de los componentes.

En este artículo se presentan los ensayos bajo carga característica y bajo carga de diseño. Todo el programa de prueba está estructurado de tal manera que las cargas se aumentan gradualmente. En consecuencia, las pruebas se realizan primero bajo carga característica y luego bajo carga de diseño. La carga también aumenta gradualmente dentro de las pruebas. Primero, las maquetas se llenan de líquido (a). Luego se aplica la succión del viento (d). En la siguiente etapa de carga se simula una falla de vacío con ayuda de una columna de agua adicional (b) y finalmente se aplica nuevamente la succión del viento (d) al elemento de fachada (b) bajo una carga hidrostática aumentada. Hay un período de descanso de 24 horas entre cada caso de carga o combinación de casos de carga. La Fig. 8 muestra el programa de prueba.

Para las pruebas, las maquetas se montan una al lado de la otra en un banco de pruebas para muros cortina. Para ello se utiliza un marco de madera, que en el ensayo reproduce la subestructura en el interior de la fachada. Los cristales se presionan contra el marco mediante abrazaderas mecánicas locales. Aparte del peso propio, que se transfiere a través de un travesaño adicional, los bordes del vidrio en el exterior de la fachada quedan libres. Durante la prueba, el lado exterior de la fachada mira hacia el interior del banco de pruebas para muros cortina, ya que desde este lado se aplican la presión y la succión del viento. Por lo tanto, las denominaciones interior y exterior se refieren al montaje en la fachada real y no al estado de montaje en el banco de pruebas para muros cortina.

El área entre las maquetas y el banco de pruebas para muros cortina se sella herméticamente para evitar pérdidas de presión. Los transductores de desplazamiento miden las deformaciones en la superficie del vidrio. Las medidas se toman en el centro del cristal en los lados delantero y trasero (MPos1: x = 317,5, y = 750), así como en el punto de la deformación matemáticamente mayor (MPos2: x = 317,5, y = 600). En el exterior de la fachada, la deformación también se mide en la transición entre la junta del borde y la cavidad del cristal. Tanto en la altura de máxima deformación (MPos3: x = 65, y = 600) como en la mitad del borde inferior (MPos4: x = 317,5, y = 65). Además, se colocan transductores de desplazamiento en el centro de los postes del marco para estimar la conformidad del sistema.

En cada maqueta, dos mangueras conducen verticalmente hacia arriba y terminan a una altura de 1,5 m por encima del borde superior de la maqueta en una plataforma en vasos de precipitados. El sistema de mangueras se puede utilizar para generar presión hidrostática adicional. Una manguera se utiliza para llenar y la otra para ventilar. Debido a su gran superficie de agua en comparación con la manguera, los vasos soportan una altura constante de la columna de agua en el caso de estrés "fallo de vacío". Para las pruebas se utiliza agua pura. Además, no se espera ninguna diferencia entre el uso de agua pura y agua-etilenglicol en cuanto a la capacidad de carga y el comportamiento de deformación de la junta de borde adherida.

La carga de viento aplicada por el muro de prueba de la fachada se incrementa en pasos de 100 Pa. Cada nivel de carga se mantiene durante un minuto antes de aumentar aún más la carga. El valor objetivo se mantiene durante cinco minutos.

3.3. Resultados de la prueba

Los resultados se muestran como ejemplo para el nivel de carga máximo: una combinación de carga de viento y falla de vacío. Para la carga de diseño, se aplica un factor de seguridad parcial de γ = 1,5 a la carga de viento para cargas de corta duración. La carga de viento máxima resultante de ws≈ −1,71 kN/m² se redondea a ws = −1,8 kN/m². En caso de sobrepresión hidrostática se prescinde de una seguridad adicional, ya que el caso de carga "fallo de vacío" ya representa una seguridad adicional.

La Fig. 10 muestra el gráfico tiempo-deformación para la combinación de casos de carga mencionada anteriormente, utilizando el valor medio de las tres probetas como ejemplo. La definición de la señal se basa en DIN 18008-2 (Fig. A.1), donde todas las deformaciones ubicadas en la dirección interior del edificio se definen como positivas. Además, también se muestra la deformación general del marco. Se puede observar claramente la pendiente del aumento de carga. El acristalamiento ya está predeformado en el momento de inicio debido a que ya está lleno y la presión hidrostática está en vigor. Al mismo tiempo, los modelos ya han pasado por todo el programa de pruebas. Es posible que durante el proceso se hayan producido deformaciones irreversibles.

Como era de esperar, la deformación en el centro del panel (MPos1) es menor que en el punto con la mayor deformación calculada (MPos2). En el interior de la fachada, sin embargo, la diferencia se reduce al aumentar la carga del viento, pero vuelve a la misma medida una vez que la carga del viento se ha aliviado. En el interior de la fachada, la superposición de la presión hidrostática y la succión del viento en MPos1A restableció casi por completo el estado inicial (0 mm de deformación). Llama la atención el estado de deformación en las posiciones de medición en el borde (MPos3 y MPos4). Mientras que MPos4 (área del borde lado corto) muestra una predeformación muy baja debido a la presión hidrostática en comparación con MPos3 (área del borde lado largo), la deformación en MPos3 aumenta sincrónicamente con la deformación del marco. La deformación en MPos4, por el contrario, se ve mucho menos afectada por la carga del viento.

Las pruebas de los componentes se simulan numéricamente y los resultados se validan con la ayuda del método de elementos finitos (FEM). Se utiliza el software RFEM. La unión de cantos está simulada en sus componentes individuales de dos zonas funcionales y el perfil de acero inoxidable. En lugar de implementar elementos de volumen 3D, se utiliza un modelo de varilla. De esta manera se puede reducir la potencia informática necesaria. La unión del borde se divide en distancias regulares y ambas zonas funcionales se modelan como miembros individuales. La sección transversal de la barra resulta del tamaño de la junta adhesiva. El distanciador de perfil hueco de acero inoxidable se compone de elementos superficiales. La zona funcional principal se modela a partir de varillas de resorte. Estos permiten introducir propiedades no lineales del material, lo que contribuye significativamente a un modelado realista debido a las deformaciones esperadas de la zona funcional.

El modelado de la unión por corte en el vidrio laminado de seguridad supone un desafío especial. Esto depende en gran medida de la temperatura y la duración de la carga. Las altas temperaturas ablandan el material intermedio y reducen el comportamiento de carga del compuesto. Lo mismo se aplica a las cargas a largo plazo, ya que las películas compuestas comienzan a deslizarse con el tiempo. Una reducción del efecto portante del material compuesto aumenta la deformación de la chapa. Para el cálculo se suele distinguir entre comportamiento totalmente compuesto y ningún comportamiento compuesto. Para el cálculo de un comportamiento compuesto completo, la estructura del panel se considera una estructura de vidrio monolítica. Para el cálculo de la deformación sin unión, generalmente se supone un espesor equivalente ideal d*, compárese (Engelmann et al. 2013). Los cálculos muestran que el comportamiento compuesto real es entre ambos casos, compárese (Krampe et al. 2013). En el análisis FE presentado aquí, también se calcularon las deformaciones para ambos casos.

Sin embargo, el enfoque que utiliza el espesor equivalente d* sin composite fue rechazado debido a las altas desviaciones. Debido a esto, se investigó un tercer método que supone un composite parcial. Para ello se realizó un cálculo separado en el software FE para ingeniería de vidrio estructural (SJ Mepla), que permite una simulación precisa de la estructura de vidrio laminado de seguridad. La película de PVB se modela con un módulo de corte calculado de la carga de diseño de 0,28 a partir de la literatura, que refleja la dependencia del tiempo y la temperatura (duración: 1 día; temperatura: 20 °C) (Sackmann 2007). La deformación obtenida al aplicar una carga se puede comparar con un panel de vidrio monolítico en el software RFEM y se puede determinar un espesor equivalente d** que corresponde a la misma deformación en las mismas condiciones límite.

Las cuatro abrazaderas mecánicas que presionan el cristal contra el marco están representadas por cojinetes de resorte. La rigidez del resorte se define según la flexibilidad del marco de madera a partir de investigaciones experimentales. Esto es particularmente importante para la comparabilidad del caso de carga de viento. El apoyo en el borde inferior, que sirve para absorber el peso propio, está representado por cojinetes articulados. Además, en uno de los bordes largos del vidrio están colocados dos cojinetes de resorte que actúan en dirección horizontal. Los resortes tienen una rigidez baja y sólo se utilizan para la determinación estática del sistema. La presión hidrostática se aplica a ambos discos en forma de una carga superficial triangular. Se aplica un patrón de carga trapezoidal para el caso de carga "fallo de vacío". La succión del viento actúa como una carga superficial uniforme. Además de la deformación total y la distribución de tensiones, para el cálculo se especifican puntos especiales (Fig. 11). Con ayuda de estos, los resultados numéricos se pueden comparar directamente con los de las pruebas de componentes experimentales.

Los resultados se dan en forma de deformación en las cuatro posiciones de medición en el exterior de la fachada, Tabla 1. Se enumeran los cuatro casos de carga bajo la carga de diseño. Los resultados del cálculo numérico para el supuesto de un compuesto completo y un compuesto parcial con el espesor equivalente d** se comparan con los valores reales de las pruebas experimentales.

Tabla 1: Comparación de los resultados de las pruebas experimentales con los del FEM. Se comparan los resultados del modelo promedio bajo carga de diseño.

En el caso de carga de presión hidrostática, las deformaciones son pequeñas. La deformación realmente medida está más cerca del supuesto de un compuesto completo que del supuesto de un compuesto parcial. El modelo es capaz de representar bien el caso de carga. Como era de esperar, la carga de viento adicional aplicada da como resultado una mayor deformación. Aquí, los resultados del FEM asumiendo un compuesto parcial están más cerca de los resultados de la investigación experimental. Sólo en el punto de medición MPos4 (zona del borde lado corto) la desviación es mayor. Sobre todo porque sólo en esta posición de medición la deformación real es mayor que la deformación calculada.

En el caso de carga de falla por vacío, una vez más se puede ver una fuerte diferencia entre la deformación calculada suponiendo un comportamiento compuesto completo y suponiendo un comportamiento compuesto parcial. Sin embargo, la deformación calculada suponiendo un compuesto completo reproduce bien los resultados experimentales. Lo mismo se aplica cuando se aplica adicionalmente una carga de viento. La deformación calculada bajo el supuesto de un compuesto completo reproduce bien la deformación determinada experimentalmente. Sólo en la posición de medición MPos4 la deformación real vuelve a superar los valores calculados.

La configuración de prueba seleccionada, así como la ejecución de la prueba, muestran resultados confiables que permiten una estimación de la funcionalidad del sello de borde. El mapeo de los resultados mediante el FEM también puede considerarse exitoso. Las deformaciones reales se pueden encontrar entre los cálculos que suponen un comportamiento compuesto total y un comportamiento compuesto parcial. Para estar seguros, en futuros diseños se debe utilizar el modelo que supone un compuesto parcial. Para la representación de resultados realistas, por ejemplo para la planificación de pruebas adicionales, los cálculos que asumen un compuesto completo son la mejor opción. En el cálculo sólo se deben comprobar los resultados en la posición de medición MPos4. Si es necesario, se deben redefinir las condiciones de almacenamiento en el borde inferior del disco.

En este punto se pueden descartar en gran medida errores de medición en el procedimiento experimental. Por un lado se comprobó el equipo de medición y, por otro, los otros dos modelos muestran resultados similares. En cuanto a la verificación de la capacidad de carga de la junta de borde, los ensayos de los componentes no permiten realizar una afirmación fiable sobre el estado actual, ya que el alcance del ensayo con tres probetas es demasiado pequeño para una evaluación estadística. Queda por discutir si se puede prescindir de esto mediante un modelo FE validado o si las pruebas deberían investigarse con un mayor alcance de prueba y niveles de carga más altos.

En cualquier caso, los cálculos numéricos ofrecen la posibilidad de estimar la capacidad de carga de la unión adhesiva. La tensión calculada en la zona funcional secundaria es σ = 0,13 N/mm² para la combinación de carga, falla por vacío y viento. La carga característica se determina aquí para poder determinar la capacidad del adhesivo según el concepto de seguridad determinista según ETAG 002-1. Con una resistencia a la tracción de diseño de σD = 0,2 N/mm², que incluye todos los factores de seguridad del material, el SG-550 se utiliza al 65 %.

Las pruebas presentadas aquí albergan grandes esperanzas de que en el futuro sea factible un acristalamiento aislante lleno de líquido con un sellado de borde pegado y sin marco. El nuevo diseño de sellado de borde de dos etapas ha demostrado ser exitoso en las pruebas experimentales. Los cálculos numéricos permiten una predicción suficientemente precisa del comportamiento de deformación y el diseño de otros elementos de fachada. Además de las pruebas de larga duración previstas en los modelos presentados aquí y las pruebas de fallo, también se consideran útiles investigaciones experimentales a gran escala. Estos también permiten una evaluación de la configuración de prueba presentada aquí y, si se verifican con éxito, podrían contener el esfuerzo de prueba de pruebas futuras sin perder confiabilidad.

El estudio es el resultado del proyecto de investigación "fluidIGU" financiado dentro de la red KLEBTECH a través del Programa Central de Innovación (ZIM) por el Ministerio Federal de Economía y Energía (BMWi) de Alemania. Un agradecimiento especial a los socios del proyecto Bollinger + Grohmann Ingenieure y ADCO Technik GmbH por su buena cooperación y soporte técnico.

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Este documento fue presentado como parte de una sesión especial organizada en la Challenging Glass Conference 8 por CertBond Cost Action CA18120 “Hoja de ruta confiable para la certificación de estructuras primarias adheridas”.