Long-term Effects on Structural Glass

Abstract

Over the last few decades, there has been a considerable expansion in the use of glass in several sectors of the industry. Its excellent aesthetic properties and potential to improve the energy performance of buildings make this material extremely appealing for both modern architecture and engineering structures. The growing interest in glass as a structural material potentiated the development of numerous applications and has allowed the emerging of modern structures with an increased level of transparency.However, and in spite of the considerable evolution that has occurred in the glass industry, the behavior of glass laminates as structural elements is still insufficiently studied and the existing regulation is incomplete, leading to the development of uneconomical solutions and hampering the expansion of the utilization of this material.In the investigation regarding the properties and the mechanical response of structural glass, the influence of long-term actions is of particular interest, affecting its behavior significantly and having as main consequence the reduction of the load bearing capacity and resistance of this element overtime. One of the main aspects responsible for the deterioration of the effective properties of glass is an environmental phenomenon designated as Stress Corrosion. In addition to that, the materials applied as lamination films are characterized by having properties that depend on mechanical and environmental factors and by deforming over time due to phenomena of creep and relaxation, which results in a contribution to the diminishment of the resistance of laminated glass and ultimately leads to the occurrence of delamination.The present dissertation aims to deepen the study of this theme, reducing the level of uncertainty regarding the expectable long-term behavior of laminated glass beams, both in intact and fractured conditions, through the development of full-scale long-term experimental tests, in which the considered structural layout and loading strategy resemble a real structure situation.The elaborated work lies within the framework of the “S-GLASS: Desempenho Estrutural e Regras de Projeto de Vigas de Vidro Reforçadas Externamente” is being developed at the University of Coimbra.

Ao longo das últimas décadas tem-se verificado uma expansão considerável na utilização do vidro em vários setores da industria. As suas excelentes propriedades estéticas e o seu potencial para melhorar o comportamento energético dos edifícios, tornam este material extremamente apelativo para a arquitetura e para a engenharia modernas. O crescente interesse no vidro como material estrutural potenciou o desenvolvimento de numerosas aplicações, e permitiu o aparecimento de estruturas modernas com um nível de transparência cada vez maior.No entanto, e apesar da considerável evolução que se tem verificado na industria vidreira, o comportamento dos laminados de vidro como elementos estruturais está ainda pouco estudado e a atual regulamentação torna-se incompleta, conduzindo à obtenção de soluções pouco económicas e dificultando a expansão da sua utilização.No âmbito da investigação das propriedades e da resposta mecânica dos elementos de vidro laminado, a influência das ações de longa duração torna-se de particular interesse, afetando significativamente o seu comportamento e tendo como principal consequência a redução da capacidade de carga e resistência destes elementos ao longo do tempo. Um dos principais responsáveis por esta deterioração das propriedades efetivas do vidro é um fenómeno ambiental designado como “Stress Corrosion”. Adicionalmente, os materiais utilizados como película de laminação caracterizam-se por possuir propriedades dependentes de fatores mecânicos e ambientais e por se deformarem ao longo do tempo devido a fenómenos de fluência e relaxação, contribuindo também para diminuição da resistência do vidro laminado. A presente dissertação pretende aprofundar o estudo desta problemática, reduzindo o grau de incerteza relativamente ao comportamento expectável a longo prazo de vigas de vidro laminado, tanto intactas como fraturadas, através do desenvolvimento de ensaios de longa duração à escala real, tendo-se adotado um esquema estrutural e de carregamento semelhantes a uma situação frequente em estruturas reais.O trabalho elaborado encontra-se no âmbito do projeto “S-GLASS: Desempenho Estrutural e Regras de Projeto de Vigas de Vidro Reforçadas Externamente”, desenvolvido na Universidade de Coimbra.