Cálculo simplificado de vidrio laminado: determinación de desplazamientos en vigas y placas ante cargas estáticas utilizando modelos monolíticos

Abstract

Resumen: En el cálculo de vigas y placas de vidrio laminado el vidrio se suele considerar como un material con propiedades elástico-lineales, mientras que los materiales poliméricos que conforman el laminado presentan un comportamiento viscoelástico. Como consecuencia, el comportamiento mecánico del vidrio laminado depende del tiempo y de la temperatura. Por otro lado, las mallas de elementos finitos utilizadas para la modelización numérica de estos elementos suelen ser muy densas debido a que los espesores de las capas de vidrio —y sobre todo los de las capas poliméricas— son mucho más pequeños que las otras dimensiones del elemento (ancho y largo). Por esta razón, el cálculo numérico de estos elementos suele ser un alto coste computacional. En los últimos años se ha propuesto el concepto de rigidez efectiva (alternativamente espesor efectivo y módulo de elasticidad efectivo) para el cálculo simplificado de vigas y placas de vidrio laminado. En este trabajo se propone una metodología para calcular la deformada de vigas y placas de vidrio laminado sometidas a cargas estáticas, utilizando un modelo monolítico elástico-lineal (que puede ser analítico o numérico) junto con las ecuaciones de la rigidez efectiva del elemento laminado. Las ecuaciones presentadas en este trabajo se validan mediante ensayos en vigas simplemente apoyadas y placas apoyadas en las cuatro esquinas, siendo el error máximo obtenido del 10%. Abstract: In the calculation of laminated glass elements, glass layers are commonly considered as linear-elastic whereas the polymeric interlayers present viscoelastic behavior. Consequently, the mechanical behavior of laminated glass elements depends on time and temperature. Many finite elements are needed to calculate these elements because the thickness of the glass layers (and above all that of polymeric interlayers) are much smaller than the other two dimensions of the element (with and length). For this reason, the calculation of these elements is very high time consuming. Recently, several authors have proposed the effective stiffness concept (alternatively effective thickness or effective Young's modulus) for the simplified calculation of laminated glass elements. In this work, a methodology is proposed to predict the deflection of laminated beams and plates under static loadings using a linear elastic monolithic model (analytical or numerical) and the equations of the effective stiffness for the laminated glass. The equations proposed in this work have been validated by experimental tests carried out in simply-supported beams and in a plate supported at the four corners, the maximum error being less than 10%. Palabras clave: Vidrio laminado, Viscoelasticidad, Espesor efectivo, Vigas, Placas, Keywords: Laminated glass, Viscoelasticity, Effective thickness, Beams, Plates