Desempenho do vidro ao ferro

Data: 26 de julho de 2022

Pesquisas anteriores mostraram que vigas de vidro com pós-tensionamento mecânico externo ao longo de suas bordas apresentam melhor desempenho estrutural do que vigas de vidro sem esse tipo de reforço. A capacidade de carga inicial e pós-fratura das vigas de vidro pode ser aumentada reforçando-as com cabos de aço inoxidável ou plástico reforçado com fibra (FRP) que são pós-tensionados e conectados às bordas da viga. No entanto, o pós-tensionamento de barras ou tiras de aço inoxidável ou FRP é complexo e desafiador porque geralmente requer configurações especiais, como macacos hidráulicos.

As ligas com memória de forma à base de ferro (Fe-SMAs) são materiais de pós-tensionamento promissores devido ao seu procedimento de ativação eficiente e boas propriedades mecânicas. O nível de pré-tensão alvo pode ser introduzido aquecendo o Fe-SMA a uma temperatura específica, seguido de resfriamento natural até a temperatura ambiente. Como uma contribuição para avaliar a viabilidade do reforço de elementos de vidro com tiras de Fe-SMA ligadas adesivamente, este artigo enfoca o comportamento de ligação de juntas de cisalhamento vidro-Fe-SMA com base em investigações numéricas. Um modelo de elementos finitos é desenvolvido para avaliar o efeito da espessura do adesivo, espessura da tira de Fe-SMA e comprimento de ligação no comportamento estrutural do vidro para juntas de cisalhamento Fe-SMA.

Nas últimas décadas, o vidro tem sido cada vez mais aplicado em elementos estruturais, como vigas e aletas. Usar o vidro estruturalmente é desafiador devido à falta de possibilidades de redistribuir as concentrações de tensão, levando a modos de falha frágeis. Para atender aos requisitos de segurança, atenção especial deve ser dada ao estado de fratura e ao estado pós-fratura ao projetar com vidro. Na maioria dos casos, o vidro laminado de segurança é usado para enfrentar esses desafios. No entanto, a capacidade de carga do vidro laminado após a quebra inicial do vidro é significativamente menor do que sua capacidade de carga em um estado intacto e leva a disposições de projeto que respondem por um modo de falha fundamentalmente frágil, sem redistribuição de tensões e ductilidade estrutural.

Nos últimos anos, vários conceitos de vigas de vidro pós-tensionadas foram desenvolvidos para melhorar o desempenho das vigas de vidro, antes e depois da falha do vidro. Aço inoxidável (por exemplo, Firmo et al. 2020) e plástico reforçado com fibra (FRP) (por exemplo, Bedon e Louter 2016) foram usados ​​como elementos de reforço ou pós-tensionamento para vigas de vidro, muitas vezes conectadas às bordas da viga. No entanto, os métodos de protensão de aço inoxidável e PRFV costumam ser trabalhosos, muitas vezes requerem instalações especiais, como macacos hidráulicos, para aplicação de tensões e, portanto, envolvem um detalhamento complexo e que consome espaço nas extremidades da barra. As ligas com memória de forma à base de ferro (Fe-SMAs) são materiais de pós-tensionamento promissores devido ao seu procedimento de ativação eficiente e bastante simples.

O nível de pré-tensão necessário pode ser alcançado aquecendo o Fe-SMA pré-tensionado a uma temperatura alvo específica, seguido de resfriamento natural até a temperatura ambiente. Por exemplo, uma pré-tensão aproximada de 360 ​​MPa pode ser obtida com uma temperatura de ativação de 160 °C (Wang et al. 2021). A aplicação bem-sucedida de Fe-SMAs para fortalecer estruturas de concreto e aço (por exemplo, Izadi et al. 2018), bem como sua eficiência e baixo custo (Hosseini et al. 2019) indicam que o Fe-SMA pode ser um candidato promissor para fortalecer elementos estruturais de vidro.

No entanto, a ancoragem final mecânica atualmente usada para sistemas de reforço Fe-SMA (Hosseini et al. 2019) levaria a concentrações de tensão em elementos de vidro. Um estudo experimental, que mostra muito potencial de união adesiva em sistemas de reforço Fe-SMA, foi conduzido recentemente pelos autores. Portanto, a colagem adesiva é considerada uma solução mais atraente para realizar a ancoragem final dos cordoalhas Fe-SMA em elementos de vidro.

Os adesivos, geralmente, são os componentes mais fracos e críticos em sistemas colados. Portanto, os adesivos com comportamento adequado para a união de Fe-SMA ao vidro precisam ser identificados primeiro. Embora existam vários estudos sobre o comportamento de diferentes adesivos em juntas vidro-aço (por exemplo, Cupac et al. 2021) e vidro-FRP (por exemplo, Cagnacci et al. 2021), o conhecimento adquirido pode ser aplicável, vidro para Fe-SMA as juntas também precisam ser investigadas para avaliar sua resistência e desempenho de adesão. A resistência adesiva e as análises de falhas são tarefas complicadas devido às propriedades complexas do material e ao comportamento da adesão. O método dos elementos finitos (FE) baseado em abordagens da mecânica do contínuo é um método típico para analisar o desempenho de juntas adesivas.