Estudo sobre a influência do tamanho do vidro da janela na explosão

Data: 4 de agosto de 2023

Autores: Xiufen Wang, Bo Zhong, Jie Tang, Chen Gao e Mei Li

Fonte: Sustentabilidade 2023, 15(12), 9325; MDPI

DOI:https://doi.org/10.3390/su15129325

(Este artigo pertence à Edição Especial Resiliência a Desastres e Sustentabilidade de Estruturas e Infraestruturas)

Sendo os componentes de proteção exterior mais utilizados em edifícios, os vidros das janelas, devido às suas características típicas de fragilidade, são mais propensos a quebrar sob a ação de cargas explosivas e a produzir fragmentos voadores em alta velocidade, o que pode representar uma grande ameaça à segurança pessoal. . Este artigo estuda a influência do tamanho dos vidros das janelas nas suas características de falha. É proposto um método simplificado baseado em simulação numérica para avaliar a curva P – I (pressão-impulsiva) de falha de vidro de janela sob cargas de explosão. As influências da relação comprimento-largura, da área e da espessura das curvas P – I dos vidros das janelas são investigadas sistematicamente. Verificou-se que uma relação comprimento-largura menor, uma área menor e um painel mais espesso poderiam aumentar a resistência à explosão dos vidros das janelas. As fórmulas empíricas de predição para as curvas P – I de vidros de janelas com diferentes dimensões geométricas são estabelecidas e a validade da fórmula empírica proposta é verificada.

O vidro das janelas é amplamente utilizado em edifícios modernos devido à sua boa visibilidade e beleza decorativa. No entanto, o vidro é um tipo de material quebradiço e produz facilmente fragmentos de vidro voadores, resultando em vítimas. Além disso, uma onda de choque pode entrar em uma sala, causando diretamente vítimas e danos materiais. Na última década, os ataques terroristas aumentaram em todo o mundo e causaram grandes danos às estruturas dos edifícios e prejudicaram as pessoas. Por exemplo, em 19 de Abril de 1995, terroristas atacaram um edifício federal no estado americano de Oklahoma. A explosão matou 168 pessoas e feriu 680. De acordo com o relatório da investigação, os fragmentos de vidro voadores representaram quase 75% dos feridos. Explosões acidentais também ocorreram com frequência nos últimos anos. Em 12 de agosto de 2015, ocorreu um grande incêndio e explosão no porto de Tianjin, matando 165 pessoas e ferindo 798, sendo os fragmentos de vidro a principal causa dos ferimentos.

Um grande número de estudos experimentais, análises teóricas e simulações numéricas foram conduzidos sobre as respostas dinâmicas e falhas de vidros de janelas durante explosões. Chandraskharappa et al. [1] e Teng et al. [2] usaram a teoria não linear de placas e cascas de Von Karman e o método de perturbação para resolver as respostas dinâmicas de painéis elásticos com alta deflexão sob carga explosiva, e uma solução teórica da resposta dinâmica de painéis de vidro comuns sob carga explosiva foi fornecida. Com base na teoria da grande deflexão, Birman et al. [3] e Turkmen et al. [4] estabeleceram equações dinâmicas com o método Galerkin e as resolveram com o método Runge-Kutta para estudar a resposta dinâmica de placas de vidro laminado durante explosões.

Chen et al. [5,6] derivaram teoricamente as assíntotas de impulso e sobrepressão das curvas P – I de vidro flutuante e laminado sob uma carga de explosão, combinando os métodos de grau de liberdade único e de energia. Os testes de explosão em campo são um método necessário e eficaz para estudar as propriedades dinâmicas do vidro das janelas durante as explosões. Ge et al. [7,8] realizaram testes de falha de vidro float sob carga explosiva e obtiveram as velocidades de projeção de fragmentos de vidro sob diferentes equivalentes explosivos. Enquanto isso, os fragmentos de vidro sob diferentes cargas explosivas foram coletados e contados para obter seus valores de distribuição de distância. Pan et al. [9,10] realizaram testes de explosão em vidro float e verificaram as distâncias de segurança do vidro apoiado na moldura com base nos impulsos e picos de sobrepressão.

Roberto et al. [11] conduziram testes de campo em vidro float sob cargas de explosão de longa duração e estudaram os efeitos da espessura do vidro, área, proporção de aspecto e condições de suporte de limite em suas respostas dinâmicas. Os resultados mostram que, em comparação com condições de contorno elásticas, as condições de contorno rígidas levam à concentração local de tensões, resultando em fissuras mais óbvias e fragmentos menores. Para vidro laminado, Kanzer et al. [12], Hooper et al. [13], Zhang et al. [14] e Le et al. [15] conduziram uma série de testes de explosão em campo para estudar as respostas dinâmicas do vidro laminado. Eles concluíram que, ao aumentar a espessura de um painel de vidro e o número de camadas de vidro, a resistência do vidro laminado à explosão poderia ser efetivamente melhorada.