Elementos estruturais de vidro – vigas pré-esforçadas

Este artigo está em relação com a investigação levada a cabo na Universidade Politécnica de Madrid por J. M. Cerejeira, M. A. Núzez e B. Lauret. O estudo que realizaram sobre este tema inclui-se dentro de um projeto maior sobre uma habitação solar, mas o que tem esta pesquisa construtiva desenvolvida particularmente.
O vidro é um material muito atractivo para a arquitetura por sua transparência e, apesar de sua falta de uso, como elemento estrutural, é um material com um comportamento extremamente eficaz para resistir aos esforços de compressão, mas seu principal problema está na resistência à tração, que realmente é baixa, principalmente perante cargas permanentes.
Além do problema da resistência a tração do vidro, encontramos que
os valores de resistência do vidro são baseados na estatística, já que, devido a que se trata de um material frágil tem um grande número de rupturas de diversa índole que não podem chegar a ser explicado de forma categórica. Atingindo o limite elástico é passado diretamente para a ruptura sem passar previamente por um estado plástico de deformação permanente.
Nos últimos anos, o vidro está começando a utilizar na arquitectura de
forma estrutural, como o suporte do próprio fechamento, ou seja, realizando grandes fachadas envidraçadas que é o vidro o elemento de fechamento e também o resistente, imitando elementos de fachada de aço ou alumínio que possam levar as cargas de esforços horizontais (não permanentes) à estrutura portante do edifício.
Também estão começando a usar elementos de vidro para formar vigas ou pilares de pequenos pavilhões, salas, clarabóias ou estufas, mas sempre de forma muito pontual e itens de pouca importância estrutural.

ou Pavilhão de vidro, para exposição de Arte Sonsbeek em Arnhem.

ou Pavilhão de entrada para o museu de vidro em Kingswinford
ou Ponte de vidro em Kraaijvanger.Urbis.Rotterdam, Arq.Dirk Jan Postel
Em todos eles os elementos de vigas de vidro estão suportando também tectos de vidro com cargas permanentes, cargas não eventuais, como em fachadas.
O objetivo da investigação levada a cabo é a realização de vigas pré-esforçadas de vidro, aproveitando as vantagens que tem este material na sua resistência aos esforços de compressão, otimizando as seções de vidro, conseguindo menores cantos das vigas para resistir aos mesmos esforços precomprimiendo as mesmas. Para isso, integram os reforços metálicos de aço para a pré-compressão nas próprias vigas.
Os elementos construtivos, vigas, quando submetidos a esforços de flexão simples reagem em suas seções internas com uma tensão de compressão na parte superior e uma tensão de tração na parte inferior, que são mais importantes nas fibras extremas da secção e vão diminuindo até o seu ponto de encontro em que a fibra neutra da própria seção. Este elenco de compressão e tracção em secções homogéneas e simétricas se realiza de forma igualada para manter o equilíbrio em todos os pontos da seção.
No caso do vidro e a resistência à tração é muito inferior se comparada à sua grande resistência à compressão, o que faz com que as vigas se tenham de dimensionar o esforço de tracção máximo que possa resistir, enquanto que a zona comprimida estaria muito abaixo de suas possibilidades reais de resistência. Devemos ter em conta que a resistência à compressão de um vidro recozido é de 10000 kg/cm2, enquanto que a sua resistência à tração é de 400 kg/cm2, 25 vezes menor.

Para acabar com esta situação e conseguir um maior aproveitamento da resistência à compressão do vidro e, por conseguinte, minimizar as seções dos elementos, propõe-se a pré-compressão das vigas de vidro, conseguindo, assim, que as tracção produzidas por flexão na parte inferior são compensados com a pré-compressão, de forma que possam suportar uma maior carga.
Os métodos de cálculo eleitos para o cálculo são diferentes, mas complementares, em primeiro lugar, foram realizadas algumas simulações utilizando o programa de elementos finitos, Proengineer Wildfire 3.0, em que se obtiveram alguns resultados. Por outro lado, foram realizados uma série de ensaios reais com provetes à escala 1/3 sobre os que se obtiveram uma série de resultados.

Publicado em Construção, Construções e Telhados

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