Examen de la carga

Dec 01, 2023

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 elementos de fachada novedosos permiten envolventes de edificios multifuncionales y una eficiencia energética mejorada de los edificios. El sellado del borde adherido de un acristalamiento lleno de líquido está sometido a grandes esfuerzos debido a la presión hidrostática que actúa además de las cargas típicas de las fachadas. La exposición permanente al fluido también puede causar efectos severos de envejecimiento. Por lo tanto, el sello del borde está diseñado de tal manera que la tensión química y física se divide en dos zonas funcionales. La primera zona funcional sirve como sello protector y separa el fluido de la segunda zona funcional de carga. Los adhesivos para ambas zonas funcionales se seleccionaron mediante un amplio programa de pruebas.

Una vez que se han seleccionado los materiales, los nuevos elementos de la fachada se prueban en pruebas de componentes a gran escala. Las maquetas se construyen a una escala de 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 con adhesivo, el detalle del borde se realiza en tamaño original, mientras que el tamaño del vidrio es más pequeño. Se modifica el espesor del vidrio para lograr rotaciones en la zona de borde que corresponden a elementos de fachada en tamaño original. Los ensayos se realizan en un banco de pruebas para muros cortina, que permite la carga simultánea del elemento por presión cíclica del viento y presión constante del agua. La unión adhesiva soporta todas las cargas excepto el peso muerto de los paneles de vidrio. Los resultados de la prueba se comparan con los cálculos numéricos y se realiza una estimación del comportamiento de carga.

Casi ningún otro aspecto de un edificio personifica mejor la arquitectura moderna que las fachadas de vidrio. Particularmente en edificios administrativos y de oficinas representativas, se desea la máxima transparencia y aprovechamiento de la luz del día. A pesar del diseño optimizado de las unidades de acristalamiento aislante (IGU) 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 ello, constantemente se investiga para optimizar la fachada. El objetivo es crear envolventes de edificios multifuncionales para la construcción de viviendas de ultra bajo consumo energético. En los últimos años se han llevado a cabo varios proyectos de investigación sobre elementos de fachada rellenos de fluido. Con la ayuda de un fluido se pueden regular térmicamente los elementos de la fachada.

La idea de llenar la cavidad del panel con un fluido se basa en la alta capacidad calorífica específica del agua, que equivale a unas cuatro veces 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 evitar el crecimiento de algas. El uso de una mezcla de agua y etilenglicol ha demostrado su valor en varios proyectos de investigación. La mezcla fluida se puede mantener a una temperatura constante con solo una pequeña cantidad de energía. De esta forma, los elementos de fachada rellenos de líquido pueden contribuir a mejorar la temperatura interior. También es concebible añadir partículas magnéticas a la mezcla fluida, que reaccionan a la radiación solar incidente y oscurecen el cristal.

Al mismo tiempo, aumentan las demandas estéticas de la envolvente del edificio. Las fachadas de acristalamiento 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 portante en la parte posterior del panel de vidrio exterior (unidades de vidrio aislante escalonadas) o el panel de vidrio interior (unidades de vidrio aislante estándar). El mejor resultado estético se logra si se evitan las abrazaderas externas. El resultado son grandes paneles de vidrio con un mínimo de enmarcado.

Sin embargo, si la cavidad entre los paneles 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 del borde. Por lo tanto, las primeras aplicaciones piloto que resultaron de proyectos de investigación recientes hasta ahora siempre se han realizado utilizando abrazaderas o sujetadores adicionales. La Fig. 2 muestra como ejemplo la casa de algas BIQ, que se construyó como parte de la Exposición Internacional de 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 son altos. El marco de sujeción exterior, que mantiene unidos los cristales, es claramente visible, Fig. 2 a la derecha.

El objetivo de la investigación actual es desarrollar un sello de borde adherido para acristalamiento aislante lleno de líquido que no requiera dicho marco. El sello del borde debe ser capaz de 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 los fluidos es otro estrés importante, ya que el sello del borde adherido debe soportar cargas de forma permanente y también a prueba de fugas.

2.1. Elemento de fachada como ejemplo de diseño

Para un análisis de tensión de elementos de fachada llenos de líquido, es necesario definir condiciones de contorno geométricas y estructurales. Se puede derivar una geometría típica y una construcción de vidrio práctica, por ejemplo, del elemento de fachada del proyecto de investigación de la UE "InDeWaG - Desarrollo industrial de sistemas de acristalamiento de flujo de agua". Este es un elemento de fachada de piso alto con una altura de h = 3000 mm y un ancho de b = 1350 mm (Fig. 3). La cavidad del panel es de aproximadamente d = 24 mm. Contiene una mezcla fluida de agua y etilenglicol (relación de mezcla 70:30), que se utiliza para calefacción y refrigeración. Estos datos de geometría básica sirven como orientación como referencia para el enfoque de estudio en este documento.

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). A una altura de h = 3000 mm, resulta un máximo de ph≈ 30 kN/m² en el punto base. La presión actúa perpendicularmente a la superficie del vidrio y da como resultado 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 esfuerzos cortantes en el sello del borde. Para reducir la tensión de tracción y limitar la deformación del panel, es técnicamente posible generar un vacío en el elemento de la fachada (InDeWaG 2019). Con un vacío de pu≈ −15 kN/m², la presión del eje neutral se desplaza desde el borde superior hacia el 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, la tensión sigue siendo significativamente mayor que la del acristalamiento convencional en las fachadas SG. Estos transportan fuerzas horizontales del viento de solo aprox. 2 kN/m² a través de la unión estructural. Para limitar las deformaciones, se selecciona una construcción relativamente rígida de vidrio de seguridad laminado hecho de vidrio reforzado con calor de 2 x 10 mm.

2.2. Sello de borde adherido 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 soportar las severas tensiones de envejecimiento esperadas que resultan del contacto constante con la mezcla fluida. El diseño se basa en el principio de un sellado de borde convencional de una unidad de vidrio aislante llena de gas. Al combinar dos adhesivos, las funciones de "sellado" y "transferencia de carga" se dividen así entre materiales adecuados. Las zonas se denominan a continuación zonas funcionales primera y secundaria. La figura 5 muestra el sellado de borde planificado. La zona funcional primaria, entre el perfil hueco de acero inoxidable, que se utiliza como espaciador, y el vidrio, está en contacto constante con el fluido y es responsable del sellado. La zona funcional secundaria corre 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 adhesivos y geometría de las juntas adhesivas

Mediante un amplio 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 agua-etilenglicol (Joachim 2021) y se realizaron pruebas de fuga (Joachim 2022). Finalmente, la elección recayó en dos siliconas de dos componentes. Para la zona funcional primaria se utilizó el Sikasil® AS-785 de Sika, de curado rápido, desarrollado para la producción industrial. Se caracteriza por una muy buena adherencia así como por su resistencia al envejecimiento. La zona funcional secundaria se produce con la silicona de acristalamiento estructural de mayor resistencia Sikasil® SG-550 de Sika. En comparación con las siliconas SG estándar, Sikasil® SG-550 permite dimensiones de junta adhesiva más pequeñas debido a su alta capacidad de carga.

Los cálculos numéricos adjuntos respaldaron la selección del adhesivo en la planificación de las configuraciones de prueba y la estimación de los resultados de la prueba. Además, permitió dimensionar la junta adhesiva después de la selección exitosa del adhesivo. La cavidad del cristal de destino y, por lo tanto, el grosor de la zona funcional secundaria debía ser de aprox. dia = 24 mm. Sin embargo, las dimensiones del perfil hueco de acero inoxidable y el grosor de la zona funcional principal determinaron la dimensión real de la cavidad del panel. 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. En consecuencia, 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. Esto da como resultado una cavidad de vidrio 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 probar el sellado del borde planificado, se llevaron a cabo pruebas de componentes en maquetas. Teniendo en cuenta el manejo y la economía, estos deben 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 cuando se llenan, representando así la mitad inferior del elemento de fachada (Figura 6). Dado que la atención se centra en la investigación del sellado del borde adherido, el sellado del borde se realiza en su tamaño original. Para mantener iguales las cargas en el sellado del borde, la estructura de vidrio se escala en consecuencia de modo que, como resultado de la deformación del panel de vidrio, las torsiones calculadas en el sellado del borde correspondan a las del tamaño original. El resultado es una estructura de vidrio de vidrio laminado de seguridad fabricado con vidrio termoendurecido de 2 x 5 mm.

Las maquetas se producen en dos pasos. En el primer paso, el adhesivo Sikasil® AS-785 (zona funcional primaria) se aplica 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 la ayuda de una plantilla de politetrafluoroetileno (PTFE). Esto está destinado en particular a evitar que el exceso de adhesivo se desborde en la cavidad del cristal. La figura 7a muestra ambos pasos de trabajo. Posteriormente, el marco se coloca sobre el cristal y se presiona. El paso de trabajo se repite en la parte posterior del espaciador después de que se haya curado el adhesivo. El peso muerto del segundo panel es suficiente para generar presión de contacto. Se debe tener cuidado para asegurar que se mantenga la altura deseada de la junta adhesiva. Para ello se utilizan distanciadores entre los cristales (Fig. 7b).

Antes de proceder a 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 en consecuencia con la 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 borde largo de vidrio quedan libres de adhesivo. Posteriormente se utilizan como punto de enganche para abrazaderas mecánicas (Fig. 7d).

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

3.2. Programa de prueba

Son concebibles varias cargas para el elemento de fachada, que se enumeran a continuación. Para el cálculo de las cargas de viento, se asumió un edificio de ejemplo con dimensiones de 40 mx 20 mx 35 m en la zona de carga de viento 1, tierra adentro, y un área 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 de viento: ws≈ −1,14 kN/m² e. Carga larguero: qh≈ 1 kN/mf. Impacto: m = 50 kg, h = 900 mmg. Rotura de cristales: VSG un cristal por un lado, VSG un cristal por los dos 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 lo tanto, ejerce una carga de tracción sobre el sello del borde. Una presión de viento (c) presiona desde el exterior sobre el cristal y el borde se sella con él. Una succión de viento (d) tira del cristal desde el exterior y, por lo tanto, refuerza la carga de tracción en el sellado del borde adherido. La carga lineal del larguero (e) también presiona el acristalamiento desde el exterior. Mientras que en los acristalamientos aislantes llenos de gas existe un acoplamiento de los cristales debido a la cavidad del cristal sellada herméticamente, aquí la tecnología de vacío compensa tales presiones por medio de una regulación independiente. En consecuencia, se pueden despreciar las cargas que actúan contra la carga hidrostática especificada. Sin embargo, las cargas de impacto (f) deben investigarse debido al tipo especial de carga y se planifican junto con la rotura del vidrio (g) como conclusión de las pruebas de los componentes.

En este trabajo 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 aumentan por pasos. En consecuencia, las pruebas se realizan primero bajo carga característica y luego bajo carga de diseño. La carga también se incrementa por etapas dentro de las pruebas. Primero, las maquetas se llenan con fluido (a). Luego se aplica la succión del viento (d). En la siguiente etapa de carga, se simula una falla de vacío con la ayuda de una columna de agua adicional (b), y finalmente la succión del viento (d) se aplica nuevamente 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 reproduce la subestructura en el interior de la fachada del ensayo. Los cristales se presionan contra el marco por medio de abrazaderas mecánicas locales. Aparte del peso propio, que se transfiere a través de un travesaño adicional, los bordes de vidrio en el exterior de la fachada están 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 las cargas de presión y succión del viento. Por lo tanto, las designaciones dentro y fuera se refieren a la instalación en la fachada real y no a la condición de instalación 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 mayor deformación matemática (MPos2: x = 317,5, y = 600). En el exterior de la fachada, la deformación también se mide en la transición entre el sello del borde y la cavidad del vidrio. Tanto a la altura de la 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 el cumplimiento 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 usa para llenar, la otra para ventilar. Debido a su gran superficie de agua en comparación con la manguera, los vasos de precipitados soportan la altura constante de la columna de agua en el caso de estrés "fallo de vacío". El agua pura se utiliza para fines de prueba. Además, no se esperan diferencias entre el uso de agua pura y agua-etilenglicol con respecto a la capacidad de carga y el comportamiento de deformación del sello de borde adherido.

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 que la carga aumente aún más. El valor objetivo se mantiene durante cinco minutos.

3.3. Resultados de la prueba

Los resultados se muestran como un ejemplo para el nivel máximo de carga: una combinación de carga de viento y una 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 carga a corto plazo. La carga de viento máxima resultante de ws≈ −1,71 kN/m² se redondea a ws = −1,8 kN/m². En el caso de sobrepresión hidrostática, se omite una seguridad adicional, ya que el caso de carga "fallo de vacío" ya representa una seguridad adicional.

La Fig. 10 muestra el gráfico de tiempo-deformación para la combinación de casos de carga mencionada anteriormente, usando el valor medio de las tres muestras de prueba como ejemplo. La definición de la señal se basa en la norma 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. El gradiente del aumento de la carga se puede ver bien. El acristalamiento ya está predeformado en el momento de inicio debido al hecho de que el acristalamiento ya está lleno y la presión hidrostática está en efecto. Al mismo tiempo, las maquetas ya se han sometido a todo el programa de pruebas. En el proceso pueden haberse producido deformaciones no reversibles.

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 con el aumento de la carga del viento, pero vuelve a la misma medida una vez que se ha aliviado la carga del viento. En el interior de la fachada, la superposición de la presión hidrostática y la succión del viento en MPos1A restauró casi por completo el estado inicial (0 mm de deformación). El estado de deformación en las posiciones de medición en el borde (MPos3 y MPos4) es sorprendente. 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 otro lado, se ve significativamente menos afectada por la carga del viento.

Las pruebas de 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 del borde se simula 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 barra. De esta manera, se puede reducir la potencia de cálculo 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 espaciador hecho del perfil hueco de acero inoxidable se compone de elementos superficiales. La zona funcional principal se modela a partir de varillas de resorte. Estos permiten la entrada de propiedades de materiales no lineales, que contribuyen significativamente al modelado realista debido a las deformaciones esperadas de la zona funcional.

El modelado de la unión por cizallamiento en el vidrio de seguridad laminado es un desafío particular. 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 compuesto. Lo mismo se aplica a las cargas a largo plazo, ya que las películas compuestas comienzan a deslizarse con el tiempo. Una reducción en el efecto de carga compuesto aumenta la deformación de la hoja. Para el cálculo, generalmente se hace una distinción entre comportamiento compuesto completo y comportamiento no compuesto. Para el cálculo de un comportamiento compuesto completo, la estructura del panel se considera como una estructura de vidrio monolítica. Para el cálculo de la deformación sin adherencia, generalmente se asume un espesor equivalente ideal d*, compárese (Engelmann et al. 2013). Los cálculos muestran que el comportamiento compuesto real está entre ambos casos, compare (Krampe et al. 2013). En el análisis FE presentado aquí, también se calcularon las deformaciones para ambos casos.

Sin embargo, el enfoque que usa el espesor equivalente d* sin composite fue rechazado debido a las altas desviaciones. Debido a esto, se investigó un tercer método que suponía un compuesto 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 del vidrio de seguridad laminado. La película de PVB se modela con un módulo de corte calculado de la carga de diseño de 0,28 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 bajo las mismas condiciones de contorno.

Las cuatro abrazaderas mecánicas que presionan el cristal contra el marco están representadas por cojinetes de resorte. La rigidez del resorte se define de acuerdo con la flexibilidad del marco de madera de las 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 muerto, está representado por cojinetes articulados. Además, dos cojinetes de resorte están unidos a uno de los bordes largos del vidrio, que actúan en dirección horizontal. Los resortes tienen una rigidez baja y solo se usan para la determinación estática del sistema. La presión hidrostática se aplica a ambos discos en forma de un área de carga 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, se especifican puntos especiales para el cálculo (Fig. 11). Con la 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 el 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 de la maqueta promedio bajo carga de diseño.

En el caso de carga de presión hidrostática, las deformaciones son pequeñas. La deformación realmente medida está más cerca de la suposición de un compuesto completo que de la suposición 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. Solo en el punto de medición MPos4 (área del borde lado corto) la desviación es mayor. Especialmente porque solo en esta posición de medición la deformación real es mayor que la deformación calculada.

En el caso de carga de falla por vacío, se puede ver una vez más una fuerte diferencia entre la deformación calculada suponiendo un comportamiento compuesto completo y suponiendo un comportamiento compuesto parcial. Sin embargo, la deformación calculada asumiendo 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. Solo 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 utilizando el FEM también puede evaluarse como exitoso. Las deformaciones reales se pueden encontrar entre los cálculos asumiendo un comportamiento compuesto total y un comportamiento compuesto parcial. Para estar seguro, el modelo que asume un compuesto parcial debe usarse para diseños futuros. Para la representación de resultados realistas, por ejemplo, para la planificación de pruebas adicionales, los cálculos que suponen un compuesto completo son la mejor opción. Solo los resultados en la posición de medición MPos4 deben verificarse en el cálculo. Si es necesario, se deben redefinir las condiciones de almacenamiento en el borde inferior del disco.

Los errores de medición en el procedimiento experimental pueden descartarse en gran medida en este punto. Por un lado, se comprobó el equipo de medición y, por otro, las otras dos maquetas muestran resultados similares. Con respecto a la verificación de la capacidad de carga del sello del borde, las pruebas de componentes no permiten hacer una declaración confiable en el estado actual, ya que el alcance de la prueba con tres muestras de prueba es demasiado pequeño para una evaluación estadística. Queda por discutir si esto se puede prescindir de un modelo FE validado o si las pruebas deben investigarse con un mayor alcance de prueba y niveles de carga más altos.

En cualquier caso, los cálculos numéricos brindan 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. Aquí se determina la carga característica 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 en un 65 %.

Las pruebas presentadas aquí ofrecen una gran esperanza de que el acristalamiento aislante lleno de fluido con un sello de borde adherido sin marco pueda ser factible en el futuro. El nuevo diseño de sello 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 planificadas a largo plazo en las maquetas presentadas aquí y las pruebas de falla, también se consideran útiles las investigaciones experimentales a gran escala. Estos también permiten una evaluación de la configuración de prueba que se presenta aquí y, si se verifican con éxito, podrían contener el esfuerzo de prueba de futuras pruebas 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) del Ministerio Federal Alemán de Asuntos Económicos y Energía (BMWi). Un agradecimiento especial a los socios del proyecto Bollinger + Grohmann Ingenieure y ADCO Technik GmbH por la buena cooperación y el soporte técnico.

DIN EN 1991-1-4:2010-12: Eurocódigo 1: Acciones sobre estructuras - Parte 1-4: Acciones generales - cargas de viento; Versión alemana EN 1991-1-4:2005 + A1:2010 + AC:2010. https://dx.doi.org/10.31030/1625598 DIN EN 1991-1- 4/NA:2010-12: Anexo Nacional - Parámetros determinados a nivel nacional - Eurocódigo 1: Acciones sobre estructuras - Parte 1-4: Acciones generales - viento cargas https://dx.doi.org/10.31030/1723628 DIN EN 1991-1- 1:2010-12: Eurocódigo 1: Acciones sobre estructuras - Parte 1-1: Acciones generales sobre estructuras - Pesos unitarios, peso muerto y cargas vivas en la construcción de edificios; Versión alemana EN 1991-1-1:2002 + AC:2009. https://dx.doi.org/10.31030/1719026 DIN EN 1991-1- 1/NA:2010-12: Anexo nacional - Parámetros determinados a nivel nacional - Eurocódigo 1: Acciones sobre estructuras - Parte 1- 1: Acciones generales sobre estructuras - Pesos unitarios, peso muerto y cargas útiles en la construcción de edificios. https://dx.doi.org/10.31030/1725673 DIN 4103-1:2015-06: Tabiques interiores no portantes - Parte 1: Requisitos y verificaciones. https://dx.doi.org/10.31030/2318743 DIN 18008-4:2013-07: Vidrio en la edificación - Reglas de diseño y construcción - Parte 4: Requisitos adicionales para el acristalamiento de protección contra caídas. https://dx.doi.org/10.31030/2006044 Engelmann, M.; Nicklisch, F.; Weimar, T.; Weller, B.: Práctica de construcción de vidrio - Volumen 2: Ejemplos según DIN 18008. Construcción y dimensionamiento. Beuth, Berlín/Viena/Zurich (2013) InDeWaG: Desarrollo industrial de sistemas de acristalamiento de flujo de agua. https://www.indewag.eu/ (2019). Consultado el 3 de febrero de 2022. Joachim, A.; Nicklisch, F.; Wettlaufer, M.; Weller, B.: Selección de adhesivos para la realización de un sellado de borde adherido para acristalamientos aislantes llenos de líquido. En: Weller, B.; Taschen, S. (eds.) Glasbau 2021, págs. 197-214. Ernst & Sohn, Berlín (2021). https://doi.org/10.1002/cepa.1606 Joaquín, A.; Glogowski, M.; Kothe, C.; Nicklisch, F.; Weller, B.: Prueba de fugas para la selección de materiales de un sellado de borde adherido para elementos de fachada llenos de líquido. En: Revista Internacional de Adhesión y Adhesivos (IJAA). Volumen 113 (2021). https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2021.103082 Krampe, P.; Reich, S.; Weller, B .: Práctica de construcción de vidrio - Volumen 1: Conceptos básicos. construcción y dimensionamiento. Beuth, Berlin/Vienna/Zurich (2013)NordNordWest/ Creative Commons / CC BY-SA 3.0 DE en: Futuro energético: es necesario un cambio en la economía ante la crisis climática. https://www.energiezukunft.eu/umweltschutz/ein-wandel-der-wirtschaft-ist-ansichts-der-climate-crisis-necessary/ (2020). Consultado el 3 de febrero de 2022. Sackmann, V.: Investigaciones sobre la durabilidad de la unión al cizallamiento en vidrio de seguridad laminado con diferentes películas de polivinil butril. Disertación. Universidad Técnica de Munich (2008) Wurm, J.: Diseño de una fachada viva que cultiva energía a partir de algas. https://www.arup.com/de-de/projects/bioenergy-facade (2019). Consultado el 03 de febrero de 2022.

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