Conexiones integradas para vidrio

Dec 06, 2023

Fecha: 19 de octubre de 2022

Autores: Julian Hänig y Bernhard Weller

Fuente: Estructuras e ingeniería de vidrio | https://doi.org/10.1007/s40940-022-00174-0

El deseo de constructores y arquitectos de máxima transparencia y superficies homogéneas en fachadas de vidrio y estructuras de vidrio se extiende a aplicaciones interiores de vidrio, como mamparas de vidrio o puertas de vidrio. En los sistemas de vidrio convencionales, las interconexiones se realizan mediante accesorios llamativos y detalles de sujeción que reducen la transparencia y alteran la estética. Los nuevos paneles compuestos de vidrio y plástico muestran un peso propio significativamente reducido por la composición de un núcleo de capa intermedia de polimetilmetacrilato (PMMA) de polímero y capas de cubierta de vidrio delgado.

Los compuestos innovadores muestran un alto rendimiento estructural con propiedades ópticas del vidrio convencional. Los paneles permiten una conexión directa en el grueso núcleo de la capa intermedia de PMMA con la estructura de soporte u otros paneles. Un diseño de conexión integrado de este tipo reduce las concentraciones de tensión y permite el desarrollo de accesorios pequeños y discretos. Se han diseñado e investigado diferentes conexiones integradas para los paneles compuestos de vidrio y plástico. Este artículo presenta un estudio experimental sobre diferentes conexiones, como las fijadas mecánicamente y las integradas adhesivamente, ensayadas bajo carga de tracción. Con base en análisis de video, se evalúan y analizan en detalle las progresiones de grietas y los mecanismos de falla.

Las pruebas investigan los efectos de la temperatura, así como la influencia del grosor del núcleo de la capa intermedia y el tipo de vidrio de las capas de cubierta en diferentes acumulaciones. La evaluación integral incluye una descripción del comportamiento de soporte de carga mecánica en forma de gráficos de carga versus desplazamiento, así como una investigación de la progresión de grietas y mecanismos de falla para la evaluación final. Los resultados de este estudio experimental aclaran las características estructurales de las conexiones integradas en paneles compuestos de vidrio y plástico bajo carga de tracción y representan una base para el desarrollo continuo de accesorios de aplicación real.

Motivación y estado del arte

Tanto la alta transparencia como el diseño económico debido a la reducción de peso se están convirtiendo cada vez más en una característica más buscada en las últimas tendencias de diseño. Los diseñadores e ingenieros se enfocan en fachadas de vidrio liviano, estructuras de vidrio y sistemas interiores completamente de vidrio. Se sabe que el vidrio es un material frágil. Es muy sensible a las concentraciones de tensión que se producen principalmente en conexiones puntuales convencionales, como pernos o abrazaderas. Además, la perforación mecánica requerida y el área limitada para la transmisión de fuerza acentúan concentraciones de tensión decisivas que dan como resultado conexiones relativamente grandes y molestas. Esto motiva a desarrollar nuevas conexiones pequeñas y discretas con un diseño eficiente específico del material para cumplir con los requisitos de alta transparencia y eficiencia de recursos en las estructuras de vidrio.

En las últimas décadas han surgido múltiples tipos de conexiones adhesivas como alternativa a las conexiones mecánicas (Centelles et al. 2019). La unión adhesiva con adhesivos poliméricos estructurales reduce las concentraciones de tensión en el vidrio y logra un diseño de conexión altamente eficiente. Se investigaron adhesivos estructurales rígidos transparentes como acrílicos, epóxidos y poliuretanos para conexiones puntuales de tamaño pequeño en diferentes trabajos (Dispersyn et al. 2014; Dispersyn y Belis 2016; Kothe et al. 2016; Tasche 2007; Van Lancker et al. 2016; Vogt 2009; Wünsch 2017).

Las siliconas estructurales más flexibles se utilizan a menudo para soportes lineales de fachadas de acristalamiento con sellador estructural, pero también en un tipo relativamente rígido y transparente para soportes puntuales (Drass, 2020). Las conexiones laminadas de metal a vidrio con diferentes películas de capa intermedia lograron altas capacidades de carga según el material de la capa intermedia (Ioannidou-Kati et al. 2018; Louter y Santarsiero 2019; Santarsiero et al. 2017). Por el contrario, el envejecimiento artificial y los cambios de temperatura influyen significativamente en las propiedades de los polímeros termoplásticos investigados. Por eso, para la mayoría de las uniones adhesivas en la industria de la construcción, las autoridades locales todavía insisten en aprobaciones costosas e intrincadas.

Asimismo, las conexiones laminadas embebidas han sido investigadas en varios trabajos (Bedon y Santarsiero 2018; Carvallo, 2014; Feirabend 2010; Neugebauer 2005; Puller 2012; Santarsiero et al. 2017, 2018; Volakos et al. 2021; Zangenberg et al. 2012) . La técnica de unión se conoce como un inserto de metal que se encapsula entre un elemento de vidrio multicapa mediante laminación con una película de capa intermedia estructural, adhesivo o resina de moldeo. Esto reduce las concentraciones de tensión y conduce a un diseño de conexión integrado discreto. Según el tamaño y el tipo de capa intermedia estructural, estas conexiones empotradas exhiben capacidades de carga relativamente altas. La investigación sobre conexiones incrustadas se puede separar en configuraciones de inserto delgado (Fig. 1a y b) y grueso (Fig. 1c y d). Los insertos delgados están encerrados entre solo dos capas de vidrio, mientras que los insertos gruesos requieren tres o más capas de vidrio para su integración.

En resumen, la idea de conexiones integradas utilizando insertos de metal en vidrio laminado es aplicable y ya se ha realizado con éxito en proyectos del mundo real (O'Callaghan 2007, 2012; Schieber et al. 2021; Torres et al. 2017; Willareth y Meyer 2011). Sin embargo, el espesor de la película intermedia relativamente pequeño, que oscila entre 0,38 y 2,28 mm, limita el espesor máximo del inserto, ya que es necesario laminar ambos lados entre dos capas de vidrio. Las primeras investigaciones en (Volakos et al. 2021) con una resina de colada a base de poliuretano se realizaron con un espesor de capa intermedia de 6 mm. Las resinas de fundición permiten una integración de insertos más gruesos en comparación con las películas de capa intermedia convencionales (Volakos et al. 2021). Las conexiones empotradas gruesas requieren un mínimo de tres capas de vidrio. Esto da como resultado un peso propio sustancial del laminado de vidrio que, en consecuencia, limita su aplicación a estructuras de vidrio a gran escala.

Paneles compuestos de vidrio y plástico

Los nuevos paneles compuestos de vidrio y plástico, llamados NEEROGLAS®, consisten en un núcleo de capa intermedia de PMMA rígido y transparente y capas delgadas de cubierta de vidrio (Fig. 2). Los paneles se han desarrollado como un sustituto ligero del vidrio monolítico convencional actual. Estudios previos de los autores (Hänig y Weller 2020, 2021) investigaron las propiedades del material del núcleo de la capa intermedia y evaluaron el comportamiento del composite en una amplia gama de acumulaciones de composite.

La combinación de un núcleo de capa intermedia de PMMA liviano con vidrio delgado muestra un alto rendimiento de carga estructural con un peso propio reducido; por ejemplo, un compuesto de vidrio y plástico de 8 mm/12 mm con capas de cubierta de vidrio de 1 mm revela una reducción en el peso propio de 39 %/ 44%. Al mismo tiempo, las capas de cubierta garantizan la resistencia a los arañazos, mientras que el núcleo de polímero aporta ductilidad. Los paneles compuestos se pueden fabricar con un espesor de capa intermedia de hasta 20 mm y todo tipo de capas de cubierta de vidrio cortables, preferiblemente vidrio delgado con un espesor de 0,5 a 3 mm (Neeb 2017). Se puede obtener una mayor resistencia del panel aplicando vidrio reforzado químicamente (CSG) en lugar de vidrio recocido (ANG) como capas de cubierta.

El núcleo de la capa intermedia de PMMA es más resistente a los impactos y menos sensible a la concentración de tensiones en comparación con el vidrio. Además, el PMMA permite el procesamiento de bordes mecánicos convencionales, como taladrado y fresado, así como el pulido para obtener un acabado de alta calidad (Fig. 3a). Las propiedades introducidas ofrecen la oportunidad de una conexión directa con el núcleo dúctil de la capa intermedia de PMMA. La unión se puede diseñar mediante una conexión mecánica o adhesiva (Fig. 3b).

Los paneles compuestos de vidrio y plástico en combinación y una nueva conexión integrada con suficiente rendimiento de carga ofrecerían una solución estructural para el diseño innovador de vidrio liviano. Esto generaría nuevas posibilidades de diseño para sistemas completamente de vidrio con mayor transparencia y peso propio reducido. Las pruebas iniciales mostraron un comportamiento de carga prometedor en dimensiones relativamente pequeñas. Sin embargo, el comportamiento de carga general y el mecanismo de falla de las conexiones integradas en paneles compuestos de vidrio y plástico aún no se han investigado en un estudio experimental de gran alcance.

Como las propiedades de los materiales termoplásticos (PMMA y adhesivo polimérico) cambian con la temperatura (reblandecimiento al aumentar la temperatura), el comportamiento de carga se ve influido en consecuencia. Además, la construcción de los paneles compuestos, así como la distancia entre la conexión integrada y el vidrio, afectan en gran medida la distribución de tensiones. Esto refuerza la necesidad de investigar el desempeño de tales conexiones estructurales para desarrollar hardware de conexión discreto para aplicaciones prácticas.

Objetivo y curso de acción.

Inicialmente, la secta. 2 propone los diseños de conexión integrados para paneles compuestos de vidrio y plástico y ensamblaje de muestras. A continuación, el método de prueba experimental (Sección 3) investiga el comportamiento de carga de tracción cuasiestática de nuevas conexiones integradas en paneles compuestos de vidrio y plástico. En primer lugar, la aplicación está pensada para sistemas interiores totalmente de vidrio, donde la alta transparencia se combina con un diseño de conexión discreto y elegante. Se consideran tres tipos diferentes de conexión adhesiva y un tipo de conexión mecánica. El estudio tiene como objetivo identificar un tipo de conexión óptimo con alto rendimiento estructural, fácil montaje y alta calidad óptica.

De acuerdo con estos parámetros, los tipos de conexión se han reducido durante el estudio experimental. En el ensayo de tracción cuasiestática, el comportamiento de soporte de carga mecánica se evalúa en gráficos de fuerza-deflexión (Sección 4). Esto incluye el examen de la resistencia a la fractura inicial y la capacidad máxima como indicador de la ductilidad de la conexión. Para describir la progresión de grietas y los mecanismos de falla específicos, se analizaron en detalle las grabaciones de video durante las pruebas. La amplia gama de series de pruebas a diferentes temperaturas y en la modificación de acumulaciones identifica los parámetros que influyen en el comportamiento de carga característico de los diferentes tipos de conexión. Los resultados permitieron discusiones comparativas (Sección 5) sobre el rendimiento de los tipos de conexión bajo carga de tracción.

Las novedosas conexiones de borde se acoplan con el núcleo de la capa intermedia de PMMA empleando una conexión mecánica o adhesiva en el borde de los paneles compuestos de vidrio y plástico. Un bloque externo de acero inoxidable, que sirve como hardware de conexión, está conectado al núcleo de la capa intermedia de PMMA del panel compuesto de vidrio y plástico. Tanto en la configuración mecánica como adhesiva, el núcleo de PMMA se procesa para acomodar cada tipo de conexión en los parámetros geométricos correspondientes. Para garantizar una obstrucción óptica mínima, el tamaño de la conexión se limitó a una longitud de 45 mm. La distancia mínima a las capas de cubierta de vidrio se fijó en 1 mm para la fijación mecánica y 2 mm para la variante de conexión adhesiva. Esto tiene por objeto limitar las concentraciones de tensión en el vidrio a través de un espesor de pared adecuado del PMMA para un rendimiento estructural óptimo.

Conexión mecánica

La conexión mecánica consta de cuatro componentes principales (Fig. 4a–c): compuesto de vidrio y plástico, espaciador de contacto de polioximetileno (POM) de 1 mm de espesor, bloque de acero inoxidable y dos sujetadores M4 para conexión fija de momento de rotación. Se taladraron perfiles de rosca M4 de sujetador en el núcleo de la capa intermedia de PMMA de los compuestos de vidrio y plástico en un proceso controlado por CNC. El ensamblaje de las muestras se logró uniendo el bloque de acero inoxidable al panel compuesto de vidrio y plástico con dos sujetadores M4 con una profundidad de rosca de 17 mm. El espaciador de contacto POM se colocó entre el bloque y el borde del panel para evitar tensiones de contacto no deseadas entre el metal y el vidrio delgado. El apriete de los sujetadores M4 con un par de torsión pequeño de solo 0,3 Nm asegura los componentes sin dañar las roscas en el PMMA ni inducir tensiones previas significativas.

Conexión adhesiva

Las conexiones adhesivas constan de cuatro componentes principales: compuesto de vidrio y plástico, espaciador de contacto POM de 1 mm, inserto de acero inoxidable y junta adhesiva (Fig. 5a-c). El inserto de acero inoxidable está formado por el bloque exterior con la lengüeta de inserción de 2 mm de espesor que se adhiere con adhesivo dentro del núcleo de PMMA del compuesto de vidrio y plástico. Los compuestos de vidrio y plástico se fresan mecánicamente con CNC con un perfil de 3 mm de ancho y 10 mm de profundidad. Los machos de alineación dispuestos lateralmente con un diámetro de 3 mm permiten centrar la lengüeta de inserción dentro del núcleo de la capa intermedia de PMMA. La junta adhesiva se diseñó con un ancho de espacio de 0,5 mm para los lados y 1 mm en la parte inferior entre los sustratos.

Esto permite la aplicabilidad de una amplia gama de adhesivos estructurales y ofrece más flexibilidad en la cara inferior del inserto que en las caras laterales. Se supone que esto proporciona una transferencia de carga de corte más intensa a lo largo de las caras laterales con un área superficial más grande (2 × 43 mm x 9 mm = 774 mm2) en comparación con el área inferior (2 mm x 43 mm = 86 mm2) sujeta a tensión . Las esquinas achaflanadas y redondeadas en la cara inferior del inserto de acero inoxidable reducen las concentraciones de tensión y aseguran el cierre con adhesivo. Después de fresar la junta de PMMA, todos los componentes se limpiaron cuidadosamente con isopropanol y, después de la evaporación completa, se rellenaron con la cantidad necesaria de adhesivo. Posteriormente, el inserto de acero inoxidable se colocó en el perfil fresado con el espaciador de contacto de POM intermediario personalizado, se mantuvo en su lugar y luego se curó.

Se realizó un estudio preliminar de 14 adhesivos estructurales transparentes disponibles en el mercado diferentes para evaluar la compatibilidad con la junta adhesiva deseada. Para complementar el deseo de una conexión menos molesta, una apariencia ópticamente clara fue un parámetro inicial crucial para evaluar el éxito del adhesivo. Otros parámetros incluyeron la adhesión entre el acero inoxidable y el PMMA, la viscosidad, la facilidad de aplicación, el tipo y el tiempo de curado, la contracción y las imperfecciones después del curado. A continuación, se probó un grupo reducido de adhesivos viables en procedimientos de envejecimiento artificial por el sol y el clima (EN ISO 9142 2004; EN ISO 11431 2003) para evaluar la estabilidad óptica a largo plazo de los adhesivos dentro del compuesto.

En los tipos de conexiones finales se utilizaron productos que no desarrollaron un amarilleamiento significativo durante el envejecimiento artificial. Esto incluyó tres adhesivos diferentes para investigaciones: la resina epoxi de dos componentes Huntsman Araldite® 2020 (Huntsman Advanced Materials GmbH 2012), el acrilato de curado UV DELO® Photobond® GB368 (DELO Industrial Adhesives 2019) y el poliuretano de dos componentes technicoll® 9430-1 (Ruderer Klebetechnik GmbH 2018). Los parámetros de curado aplicados, las propiedades generales del material y las temperaturas de transición vítrea evaluadas en análisis dinámico-mecánico-térmico (DMTA) a 1 Hz según (EN ISO 6721, 2019) de la selección final del adhesivo se resumen en la Tabla 1.

La selección de adhesivos se puede clasificar según su módulo de Young y su resistencia en tres clases diferentes. Un epoxi muy rígido y quebradizo con alta resistencia, un acrilato de rigidez media con resistencia media y un poliuretano más flexible con menor resistencia pero alta elongación a la rotura.

Tabla 1 Propiedades adhesivas según (DELO Industrial Adhesives 2019; Huntsman Advanced Materials GmbH 2012; Ruderer Klebertechnik GmbH 2018; Wünsch 2017; Wurm 2007) y tesis de maestría no publicada del Instituto de Construcción de Edificios, Universidad Técnica de Dresden -mesa de tamaño completo

El DELO® Photobond® GB368 seleccionado se investigó en (Louter 2009) para uniones de metal a vidrio con aplicación prevista en vigas de vidrio reforzado (Louter 2011). El adhesivo estructural exhibió una fuerza de unión significativa. Sin embargo, a + 60 °C, la fuerza de la unión se redujo en un 55 % en comparación con la temperatura ambiente. El epoxi Huntsman Araldite® 2020 mostró un desempeño satisfactorio en términos de resistencia adhesiva y envejecimiento para la aplicación en fijaciones puntuales transparentes (Kothe et al. 2016; Wünsch 2017).

El adhesivo de poliuretano technicoll® 9430-1 fue investigado en (Kothe et al. 2021) para la aplicación en juntas adhesivas para paneles compuestos de vidrio delgado con núcleos de polímero impresos en 3D. Demostró ser un adhesivo adecuado para unir vidrio a polímero en un espesor de capa de 1 mm. Las juntas se pudieron crear sin burbujas, altamente transparentes y no amarillearon después del envejecimiento artificial (pruebas de radiación UV y pruebas de temperatura elevada). Las propiedades mostradas en los estudios publicados confirman que los adhesivos seleccionados son generalmente adecuados para la aplicación propuesta. Sin embargo, dado que el material de unión es PMMA en lugar de vidrio y la transferencia de carga es diferente, una investigación del nuevo tipo de conexión integrada es esencial para la evaluación.

Especímenes de prueba y enfoque de estudio

El enfoque del estudio (Tabla 2) fue diseñado para caracterizar el comportamiento de carga de tracción e identificar una variante de conexión óptima. Por lo tanto, la selección de tipos de conexión se reduce de acuerdo con su desempeño durante el estudio experimental. Esto se discute en la Secc. 4. La primera parte del estudio experimental se centró en el efecto de la temperatura en varios tipos de conexión, mientras que la segunda parte exploró la influencia de la acumulación de material compuesto en un número reducido de tipos de conexión.

Tabla 2 Serie de pruebas -mesa de tamaño completo

La construcción de referencia consistió en capas de cubierta de vidrio recocido (ANG) de 1 mm y un núcleo de capa intermedia de PMMA de 6 mm. Los bordes se cortaron con chorro de agua sin ningún tratamiento de borde adicional. Las muestras se probaron a + 23, + 40 y + 60 °C para evaluar los efectos de la temperatura hasta el límite superior de las temperaturas relevantes para la industria de la construcción según (EN 16613, 2020) los efectos de la temperatura. No se esperan temperaturas más bajas para aplicaciones interiores. La serie de pruebas de la segunda parte investigó la influencia de la acumulación de material compuesto mediante la prueba de muestras con un espesor de núcleo de capa intermedia de PMMA aumentado de 10 mm. El borde cargado fue biselado (1 mm) y pulido. El tipo de conexión preferido se investigó adicionalmente mediante la aplicación de capas de cubierta de vidrio reforzado químicamente (CSG) con borde biselado (1 mm) y pulido. En total, se examinó un conjunto de 14 series de prueba con cinco especímenes de prueba cada una bajo carga de tracción hasta la falla final.

Este enfoque de estudio permite la caracterización del comportamiento general de carga y los mecanismos de falla. Además, se exploran los efectos de la temperatura y la influencia de la acumulación de material compuesto en el rendimiento de la conexión. Los resultados obtenidos identifican un tipo de conexión óptimo y representan una base para el desarrollo de accesorios de aplicación real para sistemas de vidrio en la industria de la construcción.

Todos los especímenes de prueba se fabricaron de acuerdo con las especificaciones proporcionadas en la Secc. 2 y los adhesivos se curaron con los parámetros de curado de acuerdo con la Tabla 1. Las dimensiones nominales de la muestra ascendieron a 120 mm × 50 mm, se cortaron a medida mediante corte por chorro de agua a partir de paneles compuestos homogéneos de 2 m × 1 m y el borde se procesó con una rectificadora de bordes. para vidrio Las piezas de acero inoxidable y los espaciadores de POM se fabricaron mecánicamente con alta precisión mediante fresado CNC.

El aire quedó atrapado en la inyección de resina debido a la mezcla y la inserción del inserto de acero inoxidable. Por lo tanto, se observaron burbujas de aire relativamente pequeñas, principalmente en la parte superior de las caras laterales y en la parte inferior, en casi todas las muestras de prueba de conexión adhesiva después del curado (Fig. 6). Una repetición de las pruebas con un equipo de aplicación automatizado permitiría minimizar las inclusiones. Las pequeñas burbujas de aire influyen en la apariencia visual, pero debido a la baja proporción de inclusiones en comparación con el área adherida (< 3 %), se espera que las burbujas no tengan una influencia significativa en el comportamiento de carga general de la conexión.

Además, se detectaron graves problemas de astillado en la interfaz de PMMA-vidrio en la cavidad fresada para el perfil de inserción de las muestras de prueba adhesivas (Fig. 7). En un estudio de fresado CNC sobre parámetros de velocidad de corte, diámetro de la herramienta, velocidad de avance y velocidad de rotación, se pudo minimizar el daño. Sin embargo, el daño por astillado todavía estaba presente en todos los especímenes para conexiones adhesivas. La mayor distancia al vidrio en los especímenes más gruesos resultó en una reducción de la intensidad del desconchado. La ubicación precisa o la causa del daño sigue siendo incierta; sin embargo, el fresado exitoso con especímenes compuestos de vidrio y plástico anteriores aluden a una causa material.

Configuración de prueba de tracción

La figura 8a ilustra el equipo de prueba de tracción utilizado para los experimentos. Cada espécimen se fijó para el movimiento vertical en la plataforma de fijación de acero personalizada. La fuerza se introdujo a través de una máquina de prueba universal (Instron UPM 5881) en una rosca M6 centrada en la parte superior del bloque metálico de conexión. Dos juntas de alineación nivelan la introducción de la fuerza para garantizar una carga de tracción pura en la conexión (Fig. 8b). Las láminas de POM de 1 mm de espesor entre las juntas de alineación y la muestra evitan el contacto del acero con el vidrio. Una cámara de prueba con temperatura controlada permitió realizar pruebas a diferentes temperaturas según el enfoque del estudio.

Procedimiento de prueba

Todas las muestras se preacondicionaron durante al menos 24 h al nivel de temperatura de prueba individual. La fuerza fue inducida por desplazamiento controlado con una velocidad de 0,25 mm/min. La precarga se ajustó a un nivel de fuerza de 30 N para garantizar la alineación de la muestra en el banco de pruebas. La fuerza y ​​el desplazamiento de la cruceta se registraron usando las celdas de medición de la máquina de prueba. Durante las pruebas, una cámara de video registró el desarrollo de grietas en el espécimen en representación frontal. Las pruebas terminaron con la falla final de la conexión por rotura del núcleo de la capa intermedia de PMMA de la muestra o falla de la unión adhesiva.

Evaluación de resultados

Cada prueba resultó en un valor de fuerza F y desplazamiento u. Los gráficos de fuerza-desplazamiento describen el comportamiento de carga de la serie de pruebas hasta la falla final o hasta que el inserto se extrae con un nivel de carga bajo. El material de video durante las pruebas se analizó para evaluar la progresión de grietas y los mecanismos de falla de la conexión mediante una ilustración esquemática. Sobre la base de la sincronización con el comportamiento de fuerza-deflexión, se examinaron los niveles de carga asociados. Cabe mencionar que el análisis del video se realizó de forma manual y por lo tanto, tiene un carácter subjetivo. Los patrones de fractura ilustrados indican las características de falla y la pérdida de integridad del tipo de conexión individual.

Para interpretar la capacidad de carga residual de la conexión después del desarrollo inicial de grietas, se examinan las cargas de fractura iniciales y la capacidad de carga máxima. Con base en los resultados, los tipos de conexión se comparan y clasifican por su desempeño estructural.

Los resultados del estudio experimental se presentan individualmente para cada tipo de conexión. En primer lugar, se describen la progresión de la fisura y los mecanismos de fallo mediante ilustraciones esquemáticas del comportamiento típicamente observado de una muestra de ensayo representativa para cada tipo de conexión a + 23 °C. La atención se centra en las grietas observadas relevantes en el vidrio delgado, los modos de falla del adhesivo y la fractura final de la muestra. En segundo lugar, el comportamiento de carga dependiente de la temperatura para cada tipo de conexión se ilustra con gráficos completos de fuerza-desplazamiento. Los resultados para cada tipo de conexión se representan en diagramas separados. Para una mejor comparación, todos los diagramas usan las mismas escalas en los ejes x e y. Posteriormente, el rendimiento de resistencia de los tipos de conexión individuales se describe con la carga de fractura inicial y la capacidad de carga máxima. En tercer lugar, se evalúa la influencia de la acumulación de material compuesto en el rendimiento de carga estructural mediante el empleo de un núcleo de capa intermedia más grueso y el uso de capas de cubierta de vidrio reforzadas químicamente.

Progresión de grietas y mecanismos de falla.

Conexión de sujetadores mecánicos

El comportamiento de carga de la conexión mecánica es casi lineal (Fig. 9). La pendiente inicial de la curva fuerza-desplazamiento se atribuye al movimiento de las juntas de alineación junto con los movimientos necesarios para acoplar completamente las roscas del sujetador con el material de PMMA. Las grietas iniciales se desarrollaron con la formación de pequeñas grietas redondeadas en el vidrio delgado en las roscas del sujetador cerca del bloque exterior de acero inoxidable que no tuvo influencia en el comportamiento de carga (etapa 1).

Después de la fractura de la etapa 1, la formación de grietas se extiende a lo largo del tornillo dentro del vidrio delgado, ya que el vidrio ofrece una resistencia a la fractura reducida en comparación con el núcleo de la capa intermedia de PMMA que permanece intacto (etapa 2). Solo se observaron desviaciones menores del comportamiento de carga lineal hasta la fractura de etapa 3 con desarrollo de grietas redondeadas, que se propagan con fuerza creciente en el extremo de un tornillo. Esto genera una caída provisional en la vigencia. La falla final ocurre por la ruptura repentina del compuesto de vidrio y plástico que comienza en el extremo de la rosca y divide la muestra.

La fractura inicial en la etapa 1 ocurre debido al aumento de la concentración de tensión dentro de las primeras roscas acopladas del sujetador (Fakhouri et al. 2014; Kloos y Thomala 2007). La formación posterior de grietas en la etapa 2 puede explicarse por el fenómeno de transferencia de fuerza similar en las barras corrugadas deformadas para materiales como el hormigón, donde el apoyo de compresión de las nervaduras en ángulo a lo largo de la barra se utilizan para transferir fuerzas de tracción. Estos puntales de compresión radial inducen un anillo de tensión de equilibrio de tensión en el material de encapsulación (Tepfers 1976) que causa la fractura de etapa 2. La falla final se puede atribuir a tensiones concentradas en el extremo de las roscas que conducen al desarrollo de grietas por tracción (etapa 3), que aumenta hacia la falla final con la propagación de grietas, hasta la fractura del PMMA. Sin embargo, el hilo permaneció intacto y no mostró signos de daño hasta la falla final.

Conexión epoxi adhesivo

La conexión con adhesivo epoxi exhibió un comportamiento rígido hasta la falla por fragilidad (Fig. 10). Debido a su alto módulo de Young (Eepoxi = 2312 N/mm²), el PMMA y el epoxi son igualmente rígidos (EPMMA = 2337 N/mm²). Esto da como resultado el agrietamiento del vidrio perpendicular a la carga de tracción, ya que el inserto se comporta como si estuviera completamente incrustado en un material uniforme. Las grietas preliminares en la etapa 1 generalmente se ubicaron en las capas delgadas de vidrio, en los extremos de los insertos. Las grietas se acumularon en una ubicación similar a la que se extrajo de la pestaña del inserto, después de lo cual aparecieron nuevas grietas en el vidrio delgado cerca del borde inferior del inserto (etapa 2). Las grietas posteriores identificadas en la etapa 3 se originaron con la formación de puentes y la propagación de grietas anteriores. Esto fue seguido de cerca por una fractura completa del compuesto de vidrio y plástico a lo largo de la línea de fractura arqueada creada por el agrietamiento previo.

La lengüeta de inserción de la conexión se desprendió de la sección de compuesto de vidrio y plástico a lo largo de la línea de fractura, pero no se pudo quitar debido a la formación de puentes en el vidrio o grietas incompletas a través del PMMA. La parte de la unión de adhesivo y compuesto de vidrio y plástico por encima de la línea de grieta de falla permaneció prácticamente intacta y todavía firmemente adherida al inserto de acero inoxidable.

La ubicación de la falla del adhesivo se visualiza mediante la región sombreada en rojo en la Fig. 10 y se observó a lo largo de la línea de grietas. La pérdida de adherencia en el fondo ocurrió en la interfaz epoxi-acero inoxidable en la ruptura, mientras que los modos de falla adhesiva en las caras se observaron en la interfaz epoxi-PMMA. Esto permitió la liberación de la lengüeta de inserción del compuesto de vidrio y plástico durante la falla final. Además, se observó una falla cohesiva parcial a lo largo de la línea de grieta inferior por extracción parcial del inserto de acero inoxidable.

Conexión de acrilato adhesivo

La unión adhesiva con la junta de acrilato exhibió un comportamiento lineal hasta el punto de falla final (Fig. 11). Se observaron grietas iniciales (etapa 1) de las muestras de acrilato en el vidrio delgado a lo largo de la línea inferior perpendicular a la carga. En la etapa 2, las grietas estaban ubicadas en los bordes de los insertos y no se extendían más allá del perímetro de la junta adhesiva. Se desarrollaron estrías en la etapa 3 en las caras adhesivas del inserto, lo que indica pérdida de adhesión en las interfaces de PMMA y acero inoxidable. Poco después de la etapa 3, el adhesivo falló repentinamente en un modo de falla cohesiva. La muestra de prueba permanece prácticamente intacta.

La falla en el adhesivo apareció en todos los especímenes en al menos una de las caras del inserto. En la ruptura, la fractura en la superficie del vidrio aumentó sustancialmente. Esto puede atribuirse al rápido desplazamiento de la lengüeta de inserción, ya que se extrae repentinamente en caso de falla final. El inserto aún se adhirió al compuesto de vidrio y plástico después de la prueba. Los mecanismos de falla observados indican una falla final de la junta causada por la falta de resistencia del acrilato.

Conexión adhesiva de PU

El comportamiento de tracción de la unión adhesiva de PU denota una mayor flexibilidad (Fig. 12). La secuencia de fallas comenzó con la falla del adhesivo en las interfaces adhesivo-PMMA indicada por la pérdida de claridad (etapa 1). Se observó el posterior agrietamiento del vidrio delgado a lo largo del lado inferior del inserto (etapa 2) perpendicular a la fuerza. La etapa 3 siguió poco después con una falla cohesiva del adhesivo en la línea límite creada por el área del adhesivo que aún estaba en contacto con las paredes de PMMA. La falla cohesiva no condujo instantáneamente a la falla final debido a los bajos niveles de fuerza. En cambio, la falla progresó gradualmente desde la etapa 3 hasta la falla final por un desgarro casi completo.

Durante esta transición, el intenso desgarro se correlacionó con una pérdida casi total de la resistencia de la conexión. La capacidad de carga residual dentro de la curva de fuerza-desplazamiento capturó el deslizamiento gradual del inserto fuera de la cavidad de PMMA y no tuvo una importancia significativa ya que se consideró que la conexión había alcanzado la falla final en el vértice de la curva de fuerza-desplazamiento. En general, la baja rigidez del adhesivo y la falla temprana del adhesivo dieron como resultado una fractura mínima de la muestra de compuesto de vidrio y plástico durante la prueba.

Comportamiento de carga dependiente de la temperatura

Los gráficos unificados de fuerza-desplazamiento (Fig. 13a–d) de la serie de pruebas caracterizan y comparan el comportamiento de carga de los tipos de conexión investigados a diferentes temperaturas. Las fuerzas de las conexiones y las estadísticas correspondientes se discuten en la Secc. 4.3.

Conexión de sujetadores mecánicos

La serie de pruebas de la unión mecánica con sujetadores a + 23, + 40 y + 60 °C representan un comportamiento de carga lineal (Fig. 13a). Los especímenes individuales solo mostraron desarrollos de grietas a un nivel de fuerza entre 2 y 4 kN que dieron como resultado una caída significativa en la fuerza, seguida de un aumento adicional en la carga que condujo a la falla final. El último nivel de fuerza caracteriza la falla final y la carga de capacidad máxima del núcleo de la capa intermedia de PMMA.

Conexión epoxi adhesivo

La conexión con adhesivo epoxi exhibió un comportamiento lineal hasta falla repentina (Fig. 13b). A + 40 y + 60 °C, se observó una dispersión creciente entre las pruebas individuales. Los especímenes desarrollaron grietas significativas en los bordes que condujeron a una pérdida parcial de adherencia más temprana en la interfaz epoxi-PMMA en las caras laterales del inserto (Fig. 14). En general, incluso a + 40 y + 60 °C, el adhesivo epoxi exhibió una gran rigidez, sin embargo, junto con la pérdida de adherencia en la interfaz con el núcleo de la capa intermedia de PMMA a niveles de carga más bajos.

Conexión de acrilato adhesivo

Se puede observar una dependencia significativa de la temperatura de la conexión de acrilato adhesivo en los gráficos de fuerza-deflexión (Fig. 13c). El adhesivo ya se ablanda a + 40 °C debido a la temperatura de transición vítrea relativamente baja (9–46 °C). Esto conduce a mayores desplazamientos hasta la falla final. Se detectaron modos de falla adhesiva entre el acrilato y el acero inoxidable en la parte inferior del inserto y entre el acrilato y el PMMA en las caras laterales (Fig. 15). A + 60 °C, se observa una transferencia de fuerza limitada. Esto se debe a la fluencia de la junta adhesiva, después de lo cual el inserto se extrae con un nivel de fuerza relativamente bajo con modos de falla similares a los descritos en la Secc. 4.1.

Conexión adhesiva de PU

La conexión adhesiva de PU exhibió la rigidez más baja en comparación con las otras juntas adhesivas (Fig. 13d). Esto está de acuerdo con las propiedades del material en la Tabla 1. La temperatura de transición vítrea (9–34 °C) está alrededor de la temperatura ambiente. Por lo tanto, a temperatura elevada, se prevén una rigidez y unas capacidades incluso menores debido al mayor reblandecimiento del adhesivo. Esto dirigió la exclusión del adhesivo para pruebas adicionales.

Comparación de fuerza

Los resultados evaluados de la primera serie de pruebas (Fig. 16) permiten una comparación en fuerza con las estadísticas correspondientes. Incluye la carga de fractura inicial y la capacidad de carga máxima de la conexión. Las reservas de carga posteriores a la fractura (marcadas por las flechas) se evalúan como la capacidad adicional hasta la capacidad de carga máxima después de la carga de fractura inicial. Esta cuantificación se puede emplear en el concepto de diseño a prueba de fallas para aplicaciones prácticas. Las estadísticas completas de las series de pruebas individuales se resumen en la Tabla 3.

Tabla 3 Resultados de resistencia de los tipos de conexión a partir de ensayos experimentales de tracción a diferentes temperaturas. (media aritmética x̅aritmo ± varianza σ2; cambio (x̅−x̅ref)/x̅ref); reserva de carga posterior a la fractura) -mesa de tamaño completo

La resistencia del sujetador permanece en el mismo orden de magnitud para todas las temperaturas probadas (cambio máximo de -15%). Esto confirma un comportamiento de carga constante que se puede atribuir al cambio relativamente bajo en el módulo de Young del núcleo de la capa intermedia de PMMA a temperaturas de hasta + 60 °C. Entre las conexiones adhesivas, la rigidez del adhesivo, la resistencia y la adhesión fueron los principales parámetros que dictaron la fractura y la resistencia iniciales. En general, cuanto menor sea la rigidez del adhesivo, menor será la resistencia general de la conexión con respecto a la carga de fractura inicial y la capacidad de carga máxima.

Esta influencia de la rigidez del adhesivo es claramente visible para la conexión de acrilato por las reducciones de -66% para la fractura inicial y -71% para la capacidad de carga máxima causada por los efectos de la temperatura. A + 23 °C, el epoxi rígido mostró una resistencia a la fractura inicial más baja (1,33 kN) que el acrilato más flexible (2,16 kN). Se puede concluir que la unión adhesiva requiere un cierto nivel de flexibilidad para reducir las concentraciones de tensión en el delgado vidrio del composite que es determinante para la fractura inicial del vidrio. A + 40 °C, la conexión de epoxi alcanzó la mayor resistencia inicial general de 2,99 kN, lo que representa un equilibrio ventajoso de rigidez y resistencia. A + 60 °C, la resistencia disminuye a 2,05 kN debido a una formación de fractura inicial más temprana. La baja rigidez y el desgarro del PU dieron como resultado un rendimiento general muy pobre (fractura inicial: 0,87 kN y capacidad máxima: 0,88 kN).

Todas las conexiones, excepto la conexión de PU adhesivo, muestran un aumento en la capacidad de carga después de la fractura inicial. Por lo tanto, se cuantificaron las reservas de carga posteriores a la fractura que oscilan entre 1,52 y 2,64 kN para sujetadores, entre 0,99 y 2,54 para epoxi y entre 0,44 y 1,89 kN para conexión de acrilato (Tabla 3). La unión adhesiva de PU no ofreció reservas de carga post-fractura de carga destacables por desgarro del adhesivo.

Influencia de la acumulación de composite

La influencia de la acumulación de composite se representa en una comparación de resistencia similar (Fig. 17 y Tabla 4).

Tabla 4 Resultados de resistencia de los tipos de conexión a partir de ensayos experimentales de tracción para diferentes acumulaciones a + 23 °C. (media aritmética x̅aritmo ± varianza σ2; cambio (x̅−x̅ref)/x̅ref); reserva de carga posterior a la fractura) -mesa de tamaño completo

La conexión del sujetador mecánico muestra un aumento en la carga de fractura inicial de + 76 % y una capacidad máxima de + 75 %. Las características de falla coinciden con las mencionadas anteriormente para la acumulación más delgada, sin embargo, a mayores niveles de carga.

La conexión de epoxi adhesivo muestra un aumento significativo de la resistencia (carga de fractura inicial + 114 % y capacidad de carga máxima + 37 %), mientras que la conexión de acrilato adhesivo muestra un rendimiento equivalente a la acumulación más delgada (carga de fractura inicial -5 % y capacidad de carga máxima + 9%). Las fallas iniciales de ambos adhesivos coincidieron con las características antes mencionadas de la acumulación más delgada. El aumento de la resistencia inicial de la conexión del adhesivo epoxi y la baja cantidad de grietas en la muestra de prueba demostraron una reducción en las tensiones del vidrio. Sin embargo, la falla final ocurrió principalmente debido a la pérdida de adherencia (Fig. 18a). La conexión del adhesivo de acrilato falló por falla mixta de adhesivo y cohesivo (Fig. 18b). Esto justifica el aumento limitado de la capacidad de carga máxima para ambas conexiones adhesivas, ya que la capacidad de carga de la junta se vuelve decisiva.

En general, la conexión de sujetador mecánico demostró un rendimiento superior en comparación con los tipos de conexión adhesiva, tanto en lo que respecta a la carga de fractura inicial como a la capacidad de carga máxima. Por lo tanto, la elección de la variante preferida pertenecía a la conexión mecánica y se llevaron a cabo pruebas adicionales con vidrio delgado reforzado químicamente (1.1CSG–10PMMA–1.1CSG).

Mediante el uso de vidrio reforzado químicamente, la carga de fractura inicial se mejoró en un + 53 % adicional en comparación con el vidrio recocido (+ 169 % en comparación con 1ANG–6PMMA–1ANG), mientras que la capacidad máxima definida por la resistencia de PMMA se mantuvo igual. nivel (Tabla 4). Se alcanzó una carga de fractura inicial de 5,07 kN y una capacidad de carga última de 6,65 kN con la conexión de sujetadores mecánicos que conduce a una alta resistencia en relación con la conexión pequeña y ofrece una notable reserva de carga posterior a la fractura. Esta evaluación cuantifica la influencia de la acumulación de vidrio y el uso de capas de cubierta de vidrio reforzadas químicamente en la resistencia de las conexiones de paneles compuestos de vidrio y plástico.

Se observaron diferencias sustanciales en la resistencia de carga entre los diferentes tipos de conexión. La rigidez del adhesivo, la resistencia a la tracción y la adhesión fueron las principales variables que dictaron los modos de falla y las capacidades máximas de las conexiones adhesivas. El epoxi se comportó rígido, pero mostró desarrollos tempranos de grietas en el vidrio delgado. El núcleo de la capa intermedia más grueso condujo a una mejor distribución de la tensión, lo que resultó en una mayor resistencia de la conexión. En las probetas delgadas (1ANG–6PMMA–1ANG), el fallo final se produjo por rotura del inserto, mientras que en las probetas gruesas (1ANG–10PMMA–1ANG), el fallo adhesivo fue decisivo. Por lo tanto, la conexión ofrece una alta reserva de carga posterior a la fractura de 2,54 kN (referencia) y 2,45 kN (núcleo de capa intermedia más grueso).

El acrilato, como adhesivo de rigidez media, pudo distribuir las concentraciones de tensión de manera uniforme, lo que condujo a una alta resistencia inicial a la fractura y una capacidad máxima que conduce a una reserva de carga posterior a la fractura constante de 1,89 kN (referencia) y 2,37 kN (núcleo de capa intermedia más grueso). El adhesivo de PU flexible falló temprano al rasgar y sacar el inserto sin reserva de carga posterior a la fractura. En conclusión, se requiere un grado particular de módulo de Young para mostrar una rigidez de conexión suficiente pero también para limitar las concentraciones de tensión en las capas de cubierta de vidrio. La fuerza adhesiva y la adhesión especificaron los mecanismos de falla final (falla adhesiva y cohesiva) de la junta.

La alta resistencia combinada con una adhesión suficiente provocó la división final repentina de la muestra, mientras que con una resistencia baja o una adhesión insuficiente, se extrajo el inserto. A medida que la rigidez y la resistencia de los adhesivos poliméricos probados disminuyen significativamente por encima de la temperatura de transición vítrea, las conexiones se debilitan cuando se superan las transiciones vítreas y los insertos se extraen después de superar la resistencia. El núcleo más grueso de la capa intermedia condujo a una mayor resistencia inicial de la conexión de epoxi (+ 114 %) debido a la reducción de las tensiones del vidrio. Sin embargo, la capacidad máxima se incrementó de forma limitada (+ 37%), ya que predominaron la pérdida de adherencia y la falla cohesiva de las juntas. Por lo tanto, la fuerza de la junta adhesiva limitó la capacidad de carga máxima de las conexiones en acumulaciones con un núcleo de capa intermedia más grueso.

No se evaluaron diferentes arreglos de conexión mecánica, mientras que la conexión de sujetadores propuesta mostró un comportamiento de soporte de carga casi lineal hasta la falla final. El comportamiento está influenciado en un grado limitado por las primeras grietas finas del vidrio hasta la fractura final del núcleo de la capa intermedia de PMMA que comienza al final de un hilo. Por lo tanto, la conexión ofrece una alta reserva de carga posterior a la fractura después de la fractura inicial de un mínimo de 1,58 kN. Además, solo se observó una dependencia insignificante de la temperatura (Fig. 16 y Tabla 3). Esto se ajusta a las investigaciones del material del núcleo de la capa intermedia de PMMA en (Hänig y Weller 2021). Se encontró que una acumulación compuesta más gruesa aumenta el rendimiento de carga pero no influye en los mecanismos de falla de la conexión. En total, una distribución de tensiones más uniforme mediante el empleo de un núcleo de capa intermedia más grueso aumenta las resistencias de la conexión tanto en la fractura inicial como en la capacidad de carga máxima al tiempo que ofrece reservas de carga post-fractura satisfactoriamente altas.

Teniendo en cuenta el proceso de fabricación o más bien de montaje, las conexiones mecánicas presentaban tres ventajas principales frente a las conexiones adhesivas: en primer lugar, la fabricación de las probetas solo requiere roscas en el PMMA que son más fáciles de ejecutar y no se producen defectos de desconchado. En segundo lugar, el tiempo de montaje es de solo unos minutos en comparación con los tiempos de curado de horas o incluso de varios días para las conexiones adhesivas de dos componentes. Solo el acrilato de curado UV ofrece un tiempo de fabricación en el rango de minutos, sin embargo, requiere equipo de lámpara UV. En tercer lugar, la conexión mecánica se puede desmontar y permitir la reutilización de componentes, así como un reemplazo rápido en caso de daño. Estas características clave deben tenerse en cuenta en el proceso de desarrollo posterior de las conexiones.

Los resultados para todas las conexiones incluyeron una dispersión notable de los niveles de fuerza para la carga de fractura inicial, así como también para la capacidad de carga máxima (Tabla 3 y 4). La variación más alta se observó en el sujetador seguido del tipo de conexión de epoxi, mientras que el acrilato y el PU mostraron una mayor concordancia general dentro de los resultados de las pruebas individuales. La dispersión puede atribuirse a los defectos de desconchado en la proximidad de la interfaz de PMMA y vidrio. La dispersión también está influenciada por el ensamblaje manual, la variación en el grosor del vidrio y el daño en la superficie del vidrio debido al procesamiento y manejo de las muestras, que influyen en la resistencia del vidrio.

Además, el desarrollo del crecimiento de grietas subcríticas en el vidrio recocido a lo largo del tiempo debido a la duración de la carga relativamente larga influye en la resistencia del vidrio (Brokmann et al. 2021; Haldimann et al. 2008). Las diferentes duraciones de carga también influyen en la rigidez y resistencia de las juntas adhesivas viscoelásticas. Para solucionar el problema del desconchado, se propone un cambio en la composición del material combinado con mejoras en la polimerización del núcleo de la capa intermedia, así como en el templado. Además, se deben investigar prácticas de ensamblaje más consistentes o una fabricación automatizada para disminuir su influencia en el proceso de unión y mejorar la calidad óptica.

El documento investigó el desempeño de las conexiones estructurales en paneles compuestos de vidrio y plástico como base para el desarrollo de hardware de conexión discreto. Esto incluye el examen detallado del comportamiento de carga, incluida la progresión de grietas y los mecanismos de falla, de los tipos de conexión innovadores propuestos bajo carga de tracción. Los efectos de la temperatura y la influencia de las acumulaciones de composite se evaluaron en un amplio estudio. Para la evaluación final, se consideran las características de carga de fractura inicial y capacidad de carga máxima.

Las conexiones de sujetadores mecánicos poseían la capacidad de alcanzar una alta resistencia, ofreciendo un comportamiento de soporte de carga lineal que depende de manera insignificante de la temperatura y proporciona reservas de carga posteriores a la fractura satisfactorias. Se observó el mayor beneficio (aumento de la carga de fractura inicial y máxima capacidad de falla) al aumentar el espesor del núcleo del polímero. También se encontró que la resistencia del vidrio es crucial para la resistencia inicial a la fractura, pero no para la carga de falla final. En general, las conexiones de sujetadores mecánicos permiten un diseño a prueba de fallas.

Las características de la conexión adhesiva están dictadas por la distribución de la tensión en las capas de cubierta de vidrio, que está muy influenciada por la acumulación del compuesto, la rigidez y la resistencia del adhesivo. Por lo tanto, el adhesivo rígido (epoxi) y medio rígido (acrilato) produjo un equilibrio de características en alta resistencia inicial a la fractura y capacidades de transferencia de fuerza hasta la falla final. Esto cuantifica satisfactoriamente las reservas de carga posteriores a la fractura. Sin embargo, el comportamiento del material dependiente de la temperatura de los adhesivos influyó significativamente en el rendimiento de la conexión, lo que resultó en una baja capacidad de carga por encima de la temperatura de transición vítrea de los adhesivos. Esto limita las temperaturas de aplicación por debajo de la temperatura de transición vítrea. La conexión de PU se comportó de manera muy flexible debido a la baja rigidez del adhesivo. Además, la menor fuerza adhesiva condujo a una falla prematura del adhesivo a un nivel de carga comparativamente bajo. Esto demuestra que la PU no es adecuada para la conexión integrada propuesta.

Las características de carga preferibles, la alta resistencia y las reservas satisfactorias de carga posterior a la fractura bajo una carga de tracción cuasiestática identifican el tipo de conexión mecánica como la variante de conexión preferida. Además, el atractivo diseño integrado con una mínima obstrucción, así como un montaje simple y consistentemente exitoso, hacen que la conexión sea la más apropiada bajo carga de tracción.

Los resultados obtenidos representan un primer conjunto de datos completo. Sin embargo, más investigaciones son esenciales para adaptarse a la implementación práctica en construcciones de vidrio para la industria de la construcción. Por lo tanto, se sugiere evaluar el comportamiento de carga bajo carga cortante a continuación, así como bajo flexión y compresión en los siguientes pasos. Asimismo, la estabilidad a largo plazo necesita ser investigada para uso estructural. Esto conducirá a un conjunto de datos completo para el diseño estructural de las conexiones para los paneles compuestos de vidrio y plástico. La investigación actual se ocupa de estas características estructurales y se publicará en próximos artículos.

Para limitar los estudios experimentales, se proponen análisis numéricos complementarios y un estudio de parámetros más amplio para las optimizaciones de conexión. Esto debe incluir las distribuciones de tensión detalladas, así como la investigación de los parámetros influyentes, como la acumulación de material compuesto, así como la profundidad insertada y el tamaño de la conexión. El conjunto de datos recopilados de esta investigación, incluidos los gráficos de fuerza-desplazamiento y la comprensión de la progresión de las grietas y los mecanismos de falla, contribuirá a la validación de los modelos numéricos. Sobre esta base, las conexiones estructurales pueden diseñarse de manera confiable de acuerdo con su aplicación y adaptarse para la mejor distribución de carga. Los diseños de conexión integrados para paneles compuestos de vidrio y plástico livianos pueden permitir un diseño de vidrio más espectacular que combine una alta transparencia con un diseño liviano en el futuro.

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Información del autor

Autores y Afiliaciones

Instituto de Construcción de Edificios, Universidad Técnica de Dresden, August-Bebel-Strasse 30, 01219, Dresden, Alemania

Julian Hanig y Bernhard Weller

Autor correspondiente

Correspondencia a Julian Hänig.

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Conflicto de intereses

En nombre de todos los autores, el autor correspondiente declara que no existe ningún conflicto de intereses.