El vidrio puede ser utilizado por su fuerza mecánica en variadas situaciones.

Para diseñar con vidrio en arquitectura, hay que calcular toda la variedad de cargas que puedan existir. No se puede decir que el vidrio no se quebrará nunca, pero la probabilidad de quiebre se puede minimizar y si se llega a quebrar, que los resultados no sean catastróficos.

Además de las cargas de viento y nieve, el vidrio puede ser utilizado como piso, techo o como barrera para proteger gente. Se puede utilizar para aumentar la seguridad de los ocupantes de un edificio, proveer seguridad o actuar como una barrera estructural.

Funciones mecánicas

Las propiedades y aplicaciones para el vidrio están detalladas en la siguiente sección:

Acuarios y Vidrio con aguaLa carga aplicada por el agua al vidrio es constante, pero no uniforme. A mayor altura el agua en relación al vidrio, existe mayor presión.

DurabilidadA no ser de que se quiebre por cargas excesivas, el vidrio se mantendrá por largos periodos. El vidrio puede mancharse por el clima, pero igual seguirá manteniéndose por siglos.

Vidrio y explosionesHoy en día se hace cada vez más necesario que el vidrio sea capaz de proteger el área de una explosión. Así como la resistencia al fuego y los ataques manuales, el vidrio debe formar parte de un sistema completo de seguridad y no actuará de la manera adecuada si esto no se cumple.

Vidrio e Impacto HumanoEl vidrio en su forma cruda, enmarcado y al tacto no es una amenaza inmediata, pero cuando se quiebra, las largas astillas se transforman en efectivos cuchillos cortantes con bordes filosos. Afortunadamente el vidrio puede ser modificado para que estas propiedades cambien y así reducir el riesgo de heridas por corte.

Vidrio y Ataques ManualesPilkington clasifica el vidrio en Safety (Seguridad personal) y Security (Seguridad para los bienes).

Vidrio y Estrés TérmicoEl estrés térmico se produce cuando un área del vidrio se calienta más que el área adyacente. Si el estrés es muy grande, el vidrio se trizará. El nivel de estrés térmico al cual se quiebra el vidrio está determinado por varios factores.

Vidrio como Cerramiento para AnimalesLos cerramientos para animales en general son complicados para los diseñadores. El peso, la fuerza, la habilidad para utilizar herramientas y la tendencia a atacar el vidrio, deben considerarse en el momento de considerar un cierre con vidrio para animales.

Vidrio y FuerzaEl vidrio no es como los otros materiales utilizados en la construcción. Es incoloro, medianamente rígido entregando mucha fuerza, pero a la vez es muy frágil. A un nivel atómico, el vidrio es una red de enlaces de silicio y oxígeno modificados aleatoriamente por el sodio.

Acuarios y vidrios con agua Existen muchos usos del vidrio en contacto con el agua. La carga aplicada por el agua al vidrio es constante, pero no uniforme. A mayor altura el agua en relación al vidrio, existe mayor presión.

La habilidad del cristal de resistir una fuerza constante es menor que para tensiones transitorias. El diseño de la tensión se debe ajustar a las diferentes condiciones que el vidrio deberá resistir.

Hay numerosos factores que deben considerarse al escoger un vidrio. No todos los líquidos tienen la misma densidad, pero la mayoría de los diseños involucran agua fresca y agua marina. Se calcula el espesor del vidrio basándose en la carga que aplica el líquido, pero se deben tomar en cuenta diversas consideraciones para cargas dinámicas de nadadores o vida marina. En algunos casos el vidrio está parcialmente sumergido o expuesto solamente cuando el tanque se vacía. El vidrio que está parcialmente sumergido puede estar sujeto a estrés térmico si el sol calienta la parte superior, mientras la parte inferior se mantiene fría. En este caso, la solución técnica podría ser vidrio templado laminado. El sitema de soporte para el vidrio es de suma importancia y aparte de los acuarios domésticos, los 4 bordes deberían estar completamente apoyados. Para volúmenes pequeños, el vidrio crudo monolítico puede ser utlizado, pero para proyectos de mayor escala, se debe considerar el vidrio laminado crudo y vidrio templado laminado.

Cuando se utiliza laminado, se debe considerar la habilidad del vidrio para compartir la carga y este no es un caso para sumar los espesores del vidrio de manera individual. Bajo presión constante, hasta las capas de PVB, permitirán que pase una pequeña porción de arrastramiento entre los paños.

Con el vidrio templado laminado se puede quebrar un paño, mientras que el cristal restante tiene la suficiente fuerza para mantener su integridad. Un paño templado quebrado en una construcción no tiene nigún soporte para el vidrio restante. Para construcciones básicas y domésticas, por favor referirse a nuestra calculadora para ayudarte a determinar el correcto espesor del vidrio.

Aplicaciones:

• Acuarios

• Piscinas

• Ventanas de observación

• Tanques de exibición

Hacer click aquí para ver calculadora

DurabilidadLa durabilidad del vidrio puede verse en casi todas las ciudades con iglesias antiguas. A no ser de que se quiebre por cargas excesivas, el vidrio se mantendrá por largos periodos. El vidrio puede mancharse por el clima, pero igual seguirá manteniédose por siglos.

Aparte del estrés mecánico, hay pocos factores que pueden dañar el vidrio. La abrasión puede causar que el vidrio se raye y remover algún tipo de revestimiento. La arena en el viento puede ser un fenómeno natural, pero es raro que esto cause algún tipo de daño. La mayoría de los ejemplos de vidrio dañado en la arquitectura son a causa del manejo y de la instalación de éste. Si las superficies del vidrio no son protegidas, la limpieza final puede revelar depósitos de cemento y yeso. Remover estos depósitos con espátulas o raspadores, pueden causar abrasión.

El ataque químico también no es un fenómeno común. El agua limpia y fresca no es una amenaza, pero la lluvia ácida puede tener un efecto a largo plazo. El vidrio es bueno para resistir a la mayoría de los ácidos con exposición a corto plazo. Los productos alcalinos pueden atacar la composición química de la superficie del vidrio. Los álcalis pueden ser encontrados en cementos.

La caída del agua en el vidrio del trabajo con ladrillos nuevos o concreto también puede contener suficientes químicos alcalinos que pueden causar algún tipo de daño a la superficie del cristal. Las picaduras en el vidrio pueden ser causadas por las salpicaduras de herramientas utilizadas en la construcción.

En términos de la fuerza mecánica, la durabilidad puede ser variable. La fuerza teórica del vidrio es extremadamente alta, pero somos incapaces de medir la fuerza completa.

Los factores que afectan la fuerza del vidrio y por lo tanto su durabilidad son:

Tamaño: Mientras más largo el tamaño del cristal, existen mayores posibilidades de encontrar una imperfección.

Velocidad de la Carga Mecánica: El vidrio puede resistir mejor las cargas aplicadas a una velocidad rápida mejor que la misma carga aplicada sobre un periodo prolongado. El vidrio sufre de estrés de corrosión. En la punta de una imperfección en el vidrio puede haber una reacción química con la atmósfera. La humedad en el aire reacciona con el sodio para afilar la punta de la trizadura. Con la trizadura más afilada, el estrés está concentrado aumentado el riesgo de falla. El potencial para el estrés de corrosión está relacionado al tiempo en que está expuesto a la carga. Afortunadamente, la relación es predecible y calculable usando la constante de estrés de corrosión.

Estado de estrésEl vidrio con agujeros crea áreas localizadas donde el estrés es mayor bajo una carga. Si este elemento es necesario en un vidrio es importante tener un radio en las esquinas para tratar de reducir la concentración de estrés.

Cambios de TemperaturaCualquiera que haya sumergido un vidrio en agua muy caliente, se ha dado cuenta de que al vidrio no le gusta los cambios bruscos de temperatura. El vidrio de control solar con índices de alta absorción, puede calentarse muy rápido cuando está expuesto al sol. El problema no es la temperatura absoluta que alcanza el vidrio. Los cristales en la noche se enfrían y sus bordes permanecen fríos comparado con el centro del vidrio que está más caliente. El sol saliente, puede calentar el vidrio en el centro antes que los bordes. Diseños salientes e incluso edificios adyacentes pueden producir sombras en el vidrio, acrecentando el problema. El vidrio caliente trata de expandirse, mientras que el vidrio frío en los bordes no se expande. El estrés creado en el borde, puede hacer que el vidrio se trice. El punto crítico es la diferencia de temperatura de un extremo a otro. Una vez que la grieta ha empezado, generalmente serpentea a través de la cara del paño ya que el alto estrés inicial ha sido aliviado.

Cuando las condiciones para el vidrio son poco comúnes o se utiliza vidrio de control solar, recomendamos que el cristal reciba un tratamiento térmico (templado o termoendurecido) para evitar el estrés térmico.

Superficie y estado de los bordesLa aplicación de terminaciones alteran la superficie y pueden cambiar la frecuencia de imperfecciones críticas. El borde del vidrio es propenso al daño de manera más visible y puede llevar a concentraciones de estrés.

El vidrio y las explosionesHoy en día se hace cada vez má necesario que el vidrio sea capaz de proteger un área de una explosión. Así como la resistencia al fuego y los ataques manuales, el vidrio debe formar parte de un sistema completo de seguridad y no actuará de la manera adecuada si esto no se cumple.

La selección y aplicación de cristales antiexplosivos necesita de asesoría profesional y hay especialistas que ofrecen consultorías en esta área. Como la mayoría de las amenazas, puede ser difícil determinar el tamaño de la explosión y la proximidad de ésta al local expuesto. El efecto de edificios cercanos y la arquitectura de la calle pueden cambiar la forma de la ola de presión de los edificios. Los edificios que no están protegidos a veces pueden tener más daño que los edificios más cercanos. A pesar de que hay una ola de presión, el resultados es vidrio expulsado hacia fuera de los edificios en vez de ser expulsado hacia adentro. Una vez que la ola de presión inicial de aire ha golpeado el edificio, se produce un vacío donde el aire se ha movido violentamente fuera de posición. Es el efecto succción que puede tirar el vidrio hacia fuera.

Un diseño común es utilizar un cristal exterior templado y un paño con un vidrio laminado hacia el interior. La flexibilidad del vidrio permite que la energía sea absorbida incluso aunque el vidrio se pueda romper. Es importante que el vidrio permanezca en su marco. Hacer el vidrio más rígido puede resultar en que la energía se imparta al marco o a la estructura del edificio. La falla estructural en el edificio es mucho peor que perder los paños del vidrio.

Pilkington ha demostrado en ensayos, con fabricantes de perfilería y con el sistema Pilkington Planar que el vidrio puede ser diseñado para proveer protección a las personas y a edificios a un máximo nivel.

Impacto humanoEn cualquier lugar donde haya riesgo de contacto humano, se debería evaluar un potencial quiebre de vidrio.

Generalmente el vidrio es considerado un riesgo en áreas de vidriado a un nivel bajo y en puertas o cerca de éstas. Las locaciones de riesgo son las áreas donde puede haber un daño accidental que quiebre el vidrio. Otra área de riesgo es donde el vidrio puede ser cargado a un alto nivel debido a fuerza aplicada por cuerpos, como en el caso de los pisos de vidrio y barreras.

Otra área de interés es el vidriado que va sobre los cuerpos, donde la falla en la integridad podría tener graves consecuencias a no ser de que el vidrio sea de seguridad. El vidrio usado en muebles también debe cumplir con los requerimientos de seguridad para mesas, cabinas, repisas, vitrinas, entro otros.

El vidrio más usado para estos casos, es el vidrio laminado y el templado.

El vidrio templado es 4 a 5 veces más resistente que un vidrio crudo y posee mayor capacidad para resistir esfuerzos de tracción que un vidrio común y por otro lado si se rompe se desintegra en pequeños fragmentos que no causan heridas cortantes o lacerantes serias.

En el caso del vidrio laminado los trozos de vidrio roto quedan adheridos a la lámina de PVB impidiendo su desprendimiento y caída, manteniendo el conjunto dentro del marco y sin interrumpir la visión. También, en caso de impacto de personas u objetos, actúa como barrera de protección y retención, evitando su traspaso y caída al vacío.

Se sugiere consultar Norma Chilena de Seguridad NCh 135.

Ataques manualesPilkington clasifica el vidrio en Safety (Seguridad personal) y Security (Seguridad para los bienes). Safety es cuando se necesita protección por daño accidental y Security para daño intencionado.

El vidrio usado por razones de “Security” se puede dividir en diferentes tipos de amenaza:• Ataque Manual• Ataque balístico• Resistencia a las explosiones (Ver sección aparte)

Para ataques manuales, recomendamos vidrio laminado. Aunque el vidrio templado es más fuerte, éste se puede romper facilmente si alguien sabe como hacerlo. Basta ver como se quiebran los vidrios de las ventanas de los autos cuando son asaltados.

El otro problema con el vidrio templado, es que cuando se quiebra, colapsa dejando un vacío sin protección. El vidrio laminado puede ser diseñado para soportar un variado nivel de ataques, combinando espesores y número de interláminas de PVB para mejorar la resistencia de éste.

Incluso cuando el vidrio laminado se quiebra, éste sigue ofreciendo protección. La combinación de vidrio laminado templado es una excelente solución para una mayor seguridad.

El rango de ataques manuales es bastante amplio. Vitrinas de joyerías, vitrinas de tiendas comerciales, museos, etc., son generalmente lugares que necesitan protección con vidrios de seguridad. El vidrio siempre debe ser combinado con la perfilería adecuada, de otra manera no tiene sentido poner un cristal de seguridad enmarcado en una perfilería débil que no resistirá un ataque.

Estrés térmicoEl estrés térmico se produce cuando un área del vidrio se calienta más que el área adyacente. Si el estrés es muy grande, el vidrio se trizará. El nivel de estrés térmico al cual se quiebra el vidrio está determinado por varios factores. El vidrio templado es muy resistente y no es propenso al quiebre por estrés térmico. El vidrio laminado y el vidrio crudo se comportan de manera similar.

Los vidrios de mayor espesor son menos tolerantes. El vidrio con alambre es más vulnerable. La calidad de los cantos del cristal juegan un rol muy importante. La posibilidad de que ocurra un quiebre, depende de la presencia y tamaño de imperfecciones en los bordes a través de las cuales se liberarán las tensiones acumuladas por estrés térmico. Por lo tanto, habrá que asegurar un corte neto y limpio en los bordes del vidrio y en caso de dudas sobre el verdadero estado del borde, se lo deberá pulir antes de ser colocado en la obra.

La diferencia de temperatura para una locación puede ser calculada y el quiebre por estrés térmico eliminado. Para calcular el riesgo térmico necesitamos chequear la siguiente información:

• Locación del edificio.• Orientación.• Tipo de vidrio especificado incluyendo detalles del D.V.H.• Tamaño de aleros o salientes, si es que existen.• Tamaño de los mullions y travesaños, si es que existen.• Detalles de persianas internas o externas.• Detalles de cualquier respaldo, como por ejemplo un panel detrás del vidrio que pueda atrapar aire caliente y reflejarlo de vuelta al vidrio.• Material del marco de la ventana incluyendo su color.• El tamaño de la ventana y si ésta se abre. Por ejemplo, cambia el ángulo hacia el sol.• Detalles de calefacción interna.• Cualquier otro detalle como otros edificios o árboles que hagan sombra sobre el vidrio.

Los vidrios de control solar reflejan o absorben energía para reiradiar el calor hacia fuera. Por su naturaleza se calientan más que el cristal incoloro y que los cristales diseñados para eficiencia térmica, como el D.V.H. con cristal incoloro. Pilkington siempre recomienda chequear esta lista de seguridad térmica en los vidrios de control solar y en general en todas las construcciones con cristales susceptibles de estrés térmico incluyendo los vidrios antifuego.

En muchos casos cuando se sospecha de quiebre por estrés térmico, el uso del cristal ha cambiado de cierta forma. Por ejemplo, los colegios tienen una tendencia a pegar stickers en las ventanas o trabajos de arte de los niños. Las oficinas pueden instalar persianas o flims de control solar donde nadie las predijo. La mayoría de las instalaciones de vidrio están dentro de la tolerancia, pero en algunos casos, como en los ejemplos recientemente citados, cambios inesperados pueden hacer que el estrés térmico vaya más allá de los límites.

Cerramientos para animalesLos cerramientos para animales son un problema particular para los diseñadores. El peso, la fuerza, la habilidad para utilizar herramientas y la tendencia a atacar el vidrio deben considerarse en el momento de considerar un cierre con vidrio para animales.

Pilkington no tiene un consejo especial, pero a continuación nombramos algunas construcciones que han resultado ser efectivas cuando el vidrio es sujetado en sus cuatro bordes:

Felinos grandes (Puma y más) y Simios:3 x 12 mm Cristal Laminado Blindex Seguridad con pvb de 1.5mm de espesor

Ejemplo: La casa del chimpancé del Zoológico de Chester 3 x 10 mm Cristal Laminado con pvb de 1.5mm de espesor.

Felinos pequeños (Ej. Lince):Min. 2 x 10mm Blindex Seguridad con pvb 1.5mm de espesor.

Monos pequeños (Ej. Lemur), ardillas:2.5Kg de peso. 2 x 6 Blindex Seguridad con pvb 1.5mm de espesor.Nota: Particularmente, en las jaulas de los chimpancés, asegurarse de que no hayan piedras u otros objetos que puedan tirar al vidrio.Los columpios, ramas, etc., deben ubicarse lejos del vidrio para que cuando se tiren de ellos no aterricen con los pies en el vidrio.

Osos Polares:3 x 12mm (o 4 x 10mm)

ANIMALES GRANDES – 1.5mm de pvb.Cubierta de cantos= 35mm, recubrimiento profundo de silicona (Ej. 15mm profundo x 5 mm espesor)

Cerramiento para León:Tamaño del paño MENOR que el león tratará de saltar (<1m x 1m) = 3 x 6mmBlindex Seguridad con pvb 1.5mm de espesor. MAYOR = 3 x 12mm Blindex Seguridad con pvb 1.5mm de espesor.

Chimpancé:Hasta 700mm x 700mm*= 3 x 6mm Salvid Seguridad con pvb 1.5mm de espesor.4m2= 3 x 12mm Blindex Seguridad con pvb 1.5mm de espesor (o 4 x 10mm Blindex Seguridad con pvb 1.5mm de espesor.)*Sólo si no puede saltar a través.

Tigres:Hasta 1 x 1m*= 3 x 6mm Blindex Seguridad con pvb 1.5mm de espesor.4m2= 3 x 12mm Blindex Seguridad con pvb 1.5mm de espesor (o 4 x 10mm Salvid Seguridad con pvb 1.5mm de espesor.)

En casos muy específicos (Ej. Estrés térmico) se puede considerar vidrio templado laminado de 3 x 8 mm con pvb de 1.5mm de espesor.Un tigre de 250 Kg que corre a 30 millas por hora, podría romper el vidrio, pero éste permanecería en el marco.

Gorila:1200 x 305mm 2 x 10mm Blindex Seguridad con pvb 1.5mm de espesor. 3 x 12 mm Blindex Seguridad con pvb 1.5mm de espesor.

Las jaulas deben ser diseñadas para evitar impactos. El vidrio templado no se recomienda.

Ejemplo: Zoológico de Dinamarca – Tigres SiberianosTamaño del paño = 1100 x 1500mm (Basado en la retención del tigre)Recomendado: 3 x 12mm Blindex Seguridad con pvb 1.5mm de espesor.

El marco debe proveer que el canto esté cubierto por aproximadamente 50mm e incorporar recubrimiento sellante de silicona estructural aproximadamente 5mm de ancho x 25mm de profundidad.

El marco debe ser capaz de soportar todas las cargas del diseño.

Lagartos – Ver Gorilas

Para agua ver sección Acuarios y Vidrio con Agua

FuerzaEl vidrio no es como los otros materiales usados en la construcción. Es incoloro, medianamente rígido entregando mucha fuerza pero también es muy frágil. A un nivel atómico el vidrio es una red de lazos de silicona y oxigeno modificados aleatoriamente por el sodio. La estructura no es regular como sería si fuera un líquido. Los lazos de la red previenen que el vidrio sea ductil.

Los ingredientes del vidrio no son transparentes y es el derretimiento de estos productos que crean nuevos lazos. A medida que el vidrio se enfría los ingredientes se juntan antes de que puedan retomar su estructura original.

La noción de que el vidrio es un líquido superenfriado no es apropiada. El vidrio durante su fabricación es enfriado a un estado sólido. En muchos materiales los átomos vuelven a su estado original cuando se enfrian pero para el vidrio la transición de volver es restringida y la nueva estructura se mantiene. La rigidez del producto es diferente a la de otros materiales.

La mayoria de las planchas de productos se deformarán cuando se les ponga carga. La estructura permite que los átomos o moléculas se muevan, mientra que en el vidrio no. La libertad en otros materiales puede llevar a una deformación permanente, mientras que el vidrio retorna a su forma original cuando la carga es removida.

Las fuerzas aplicadas a los materiales dan origen al estrés, el cual es una medida de las fuerzas internas por unidad de área. No es sorprendente entonces que la relación entre estrés y tensión en el cristal sea lineal, por su inhabilidad para comportarse como el plástico.

Cuando el vidrio está bajo carga, éste se deformará y acomodará al estrés a cierto nivel, y repentinamente se quebrará cuando haya alcanzado su límite. El quiebre puede ser repentino y espectacular. Una vez que empieza una trizadura, hay muy poco que hacer con su estructura para evitar que se siga propagando. Un punto más positivo es que la estructura interna no es móvil, por lo que el vidrio no sufre de fatiga dinámica. Una plancha de vidrio en una ventana expuesta al viento a través de los años, no se quiebra ya que está siendo estresada constantemente por el viento.

La fuerza del vidrio está determinada poniendo el vidrio bajo estrés hasta que se quiebre.

Hay procesos que aumentan la fuerza del vidrio, como por ejemplo el vidrio templado: El vidrio se calienta uniformemente hasta una temperatura superior a los 650ºC (punto de ablandamiento) y posteriormente se enfría bruscamente soplando aire frío a presión controlada sobre sus caras. La superficie del vidrio se enfría más rápido que el centro, mientras que la zona interior se contrae más que la superficie y su enfriamiento se produce más lento. Como consecuencia, el vidrio se carga de energía: Compresión en sus superficies y Tracción en el interior. Esto le da mayor capacidad de resistir esfuerzos de tracción ya sea de origen mecánico o térmico.

El vidrio templado es considerado un cristal de seguridad, ya que cuando se quiebra, éste se desintegra en fragmentos pequeños de aristas redondeadas que no causan heridas cortantes o lacerantes de consideración. El vidrio templado es 4 a 5 veces más fuerte que el vidrio crudo de igual espesor.

Mayo 2014