Vidrios con prestaciones especiales

Las otras solicitaciones más habituales que le pedimos al vidrio son la atenuación acústica y la seguridad que puede ser para personas o bienes. En ambos casos, la solución es el vidrio laminado con sus distintas combinaciones de vidrios y butirales para conseguir los niveles deseados tanto de seguridad como de aislamiento acústico.

Pero existen vidrios con otras prestaciones específicas para responder a otros tipos de solicitaciones.

De entre ellos destacaremos los siguientes:

• Vidrios de Protección al Fuego
• Vidrios resistentes a la presión del agua
• Vidrios Estructurales

A continuación, desarrollamos una pequeña descripción de las principales características de cada uno de estos vidrios.

Hoy en día, la seguridad anti-incendio juega un papel cada vez más importante en las construcciones de uso particular y público, y la demanda de vidrios resistentes al fuego va creciendo.

Un elemento vítreo resistente al fuego es un componente de construcción que contiene uno o varios productos de vidrio transparentes o translúcidos con los soportes de montaje, la perfilería y el sistema de fijación, incluyendo todos los componentes de construcción particulares ensayados y clasificados por ensayos, de acuerdo a la norma.

• El Fuego

Para dimensionar mejor la prevención de una edificación, debemos conocer de cada elemento constructivo:

• Comportamiento al fuego: conjunto de las transformaciones físicas y químicas de un elemento de construcción sometido a la acción destructiva del fuego.
• Reacción al fuego: respuesta de un material frente a un fuego al que está expuesto y alimenta.

También, para definir los mínimos de protección es básico conocer la equivalencia de escalas tiempo exposición al fuego – temperatura alcanzada, utilizada en casi todas las normalizaciones:

• 15 minutos - 718 °C
• 30 minutos - 827 °C
• 60 minutos - 925 °C
• 90 minutos - 986 °C
• 120 minutos - 1.030 °C
• 180 minutos - 1.090 °C

• El comportamiento del vidrio al fuego

Los vidrios utilizados generalmente en la construcción, debido a su composición química, tienen la gran ventaja de ser incombustibles. Por tanto, no pueden aumentar la extensión de un foco de incendio.

En cambio, el vidrio es permeable a la radiación emitida por una fuente de calor intensa.

Para la mayor parte de los vidrios, los primeros minutos de calentamiento constituyen el período crítico. Es durante éste que pueden producirse las roturas, a causa del choque térmico provocado por el incendio, permitiendo entonces al fuego la posibilidad de propagarse libremente.

• Resistencia al fuego

La resistencia ante el fuego de un elemento constructivo queda fijada por el tiempo t, durante el cual dicho elemento es capaz de mantener una o varias de las condiciones que describimos a continuación:

R – Capacidad estructural: capacidad de un elemento de construcción de soportar una exposición al fuego, sobre una o varias caras, durante un período de tiempo sin perder su estabilidad estructural.

E – Estanquidad: capacidad de un elemento de construcción, con función divisoria de sectores, para soportar una exposición al fuego sobre una cara solamente, sin que se produzca transmisión del fuego a la cara no expuesta, ya sea por inflamación de la misma o de los materiales próximos debido al paso de cantidades significativas de llamas o de gases calientes del lado expuesto al fuego al lado no expuesto.

W – Reducción de la radiación: capacidad de un elemento de construcción, con función divisoria de sectores, para soportar una exposición al fuego sobre una cara solamente durante un período de tiempo manteniendo la cantidad de calor radiante en la cara del vidrio por debajo de un cierto nivel.

I – Aislamiento térmico: capacidad de un elemento de construcción para soportar una exposición al fuego sobre una cara solamente, sin que se produzca transmisión del fuego a la cara no expuesta, ya sea por inflamación de la misma o de los materiales próximos debido al paso de cantidades significativas de calor por conducción del lado expuesto al fuego al lado no expuesto, y la capacidad de crear una barrera al calor suficiente para proteger a las personas situadas cerca del elemento de construcción durante el período de tiempo correspondiente a la clasificación.

S – Control del humo: capacidad de un elemento de construcción de reducir el paso de gases calientes o fríos, o de humo de un lado al otro.

C – Cierre automático: capacidad de un elemento de construcción de cerrar automáticamente una abertura en caso de incendio o por la presencia de humo.

La clasificación básica más habitual de los vidrios de protección al fuego es la siguiente:

- E: 30 minutos

- EW: 30, 60 minutos

- EI: 30, 60, 90, 120 minutos

Cualquier vidrio utilizado como acuario o como elemento de visión en el interior de piscinas y grandes acuaramas, estará sometido a una gran presión del agua.

Si este vidrio se rompiera los resultados podrían ser catastróficos, por ello es muy importante que tanto el vidrio como el sistema de sujeción hayan sido diseñados correctamente.

• Tensiones producidas por el agua

El agua ejerce presión en todas direcciones. La presión en un punto es directamente proporcional al nivel de agua existente por encima del mismo. El volumen total de agua, por ejemplo en un acuario, no es relevante.

Con una altura de 60 cm, típica de un acuario doméstico, la presión en su base es aproximadamente de 6000 N/m².

Si tenemos en cuenta que las presiones que utilizamos generalmente para el viento están entre 800 y 1200 N/m², nos damos cuenta que la ejercida por el agua es muy superior.

Para un gran acuario de 4 m de profundidad, la presión generada en el fondo es de unos 40 KN/m², esta presión es comparable en tamaño a la producida por una explosión.

La presión del agua es una carga permanente. A diferencia de la presión del viento, ésta no es transitoria. Entonces, a partir de que el vidrio sufre ‘fatiga estática’ debemos considerar exactamente las tensiones a las que estará sometido el vidrio para calcular posteriormente el espesor adecuado.

Cuando tratamos la presión del viento consideramos una tensión sobre el vidrio distribuida de manera totalmente uniforme, en cambio, la presión ejercida por el agua varía según la altura. Por ejemplo, en un acuario doméstico de 60 cm de profundidad, la presión es cero sobre el nivel del agua, y a medida que vamos descendiendo la presión sobre las paredes laterales se va incrementando, hasta llegar a los 6000 N/m² en la base.

Debido a ello, la distribución de la carga es triangular.

Según el nivel del agua esta distribución puede tomar varias formas:

a) El nivel del agua no cubre todo el vidrio. Es el ejemplo típico de los acuarios para reptiles.

b) El nivel del agua está por encima del vidrio, por tanto, todo el vidrio está sometido a presión, variable según la profundidad. La presión sobre el canto superior es total. Es el ejemplo de vidrios para piscinas o grandes acuarios.

c) El nivel del agua llega justo a cubrir el vidrio, la presión sobre el canto superior es mínima. También de vidrios en acuarios.

• Calidades y tipos de vidrio

La combinación de las distintas presiones del agua sobre el vidrio provoca un conjunto de tensiones cuya resultante servirá para determinar el espesor del vidrio.

Consideraremos tres tipos de vidrio:

• Vidrio monolítico con los cantos pulidos: se puede usar para recipientes con un máximo de 1 m de profundidad de agua, pero dependerá de la forma y del sistema de sujeción a la estructura. Se utiliza exclusivamente para pequeños acuarios domésticos, ya que la mayor parte de las normativas excluyen su uso para cualquier otro tipo de aplicación en cerramientos con agua.
• Vidrio laminado con los cantos pulidos: la ventaja de utilizar el vidrio laminado es que si uno de los vidrios se rompe el otro o los otros quedan intactos y los trozos del vidrio roto quedan adheridos a través del material intercalario. Cuando todas las hojas se rompen, el vidrio laminado, si queda en su sitio, puede considerarse íntegro. Para resistir una carga, no podemos considerar el mismo espesor para un vidrio monolítico que para uno laminado, ya que aparte de la masa de vidrio existe el material intercalario (butiral, ...) que tiene un comportamiento estructural distinto al del vidrio.
• Vidrio templado y laminado: cuando la alternativa del vidrio laminado no es suficiente, puede considerarse la posibilidad del vidrio templado, pues es mucho más resistente a la presión. De todas maneras, cuando se rompe, se desintegra, lo cual es un riesgo muy alto para este tipo de cerramientos.

Por tanto, la solución más segura para soportar grandes presiones es el vidrio templado y laminado. Para este tipo de composición, a fin de asegurar el conjunto en caso de una rotura, deberá siempre añadirse una hoja más de vidrio sin templar, que no debe ser considerada a efectos de cálculo del espesor.

Una falta de definición clara en la terminología produjo en su momento una cierta confusión a la hora de hablar de vidrio estructural, ya que hasta entonces se utilizaba esta nomenclatura solamente para hablar del acristalamiento sellado con silicona estructural. La diferencia es notable. En el AEE (acristalamiento exterior encolado), VEC (verre exterieur collé) o SSGS (structural sealant glazing systems), el elemento que realmente es estructural es la silicona. Por su parte, en el vidrio estructural, es el propio vidrio el que asume las funciones estructurales, pero además puede hacerlo de distintas maneras:

• Vidrios suspendidos – contrafuertes, en los que el vidrio es el único elemento estructural.

Este sistema está formado por una serie de elementos de vidrio específicamente manufacturados y templados, unidos entre sí por distintos tipos de piezas metálicas o pletinas fijadas a los extremos, de tal manera que cada fijación agrupa los ángulos de cuatro vidrios.

• VEA (vidrio exterior abotonado), VEA (verre exterieur agrafé), con las dos opciones:

- el vidrio forma parte de la estructura

- el vidrio está sujeto a una estructura

• Elementos estructurales de vidrio que no forman parte del acristalamiento, como pilares, vigas, pasarelas...

Si bien su uso aún no está generalizado, el vidrio estructural está teniendo y tendrá un desarrollo importante en estos próximos años.

Hemos de confiar para ello: en la agresividad comercial de los productores de vidrio, en la de algunos transformadores y en la imaginación de los arquitectos...

• Vidrio

Dotado de propiedades interesantes, el vidrio es químicamente inerte y además elástico. Inerte en la medida en la que es un material no degradable, al contrario que la piedra, el cemento o los metales, y elástico, en el sentido en que no presenta ninguna deformación permanente.

En caso de tensión creciente, sea mecánica o térmica, queda claro que el vidrio rompe bruscamente.

Mecánicamente ofrece una débil resistencia a la tracción, por el contrario, a la compresión, su resistencia es excelente, del orden de 100.000 N/cm². A la flexión, su resistencia varía según el tratamiento mecánico que se le dé al vidrio.

Es posible aportar a un vidrio simple (float) características superiores a través de tratamientos específicos como son el templado y/o el laminado. El vidrio templado o laminado o templado-laminado por ejemplo, permite asegurar la concepción y la construcción de diferentes elementos en vidrio estructural.

• Procedimientos

Según lo dicho anteriormente, parece que sea posible realizarlo todo en vidrio: pilares, vigas, techos, suelos.... de igual forma en la que realizamos un acristalamiento simple, y aunque en principio en parte esto es cierto, ¡atención!, para llegar a este nivel es esencial seguir un recorrido un poco más complejo.

Hoy en día, ingenieros y técnicos dominan el empleo de estructuras audaces en hormigón, acero o madera, pero para lo que son las aplicaciones estructurales en vidrio, la realización de un proyecto implica contemplar la colaboración de especialistas competentes en este campo.

En materia de vidrio estructural, hemos de admitir, que nuestros conocimientos son más limitados, esto no significa que tengamos que dar marcha atrás ante proyectos más audaces.

La tecnología punta que representa la concepción del vidrio estructural necesita de los conocimientos y capacidades comunes de los expertos: arquitectos, ingenierías especializadas, proveedores, transformadores, empresarios y oficinas de control de calidad.

Si hoy día, la experiencia y el conocimiento en este dominio son muy limitados, el futuro es prometedor, a condición que todos trabajemos en la misma dirección.

Según la experiencia de los que han tenido éxito, a fin de resolver positivamente el proyecto, éste debe seguir el procedimiento siguiente:

• Definición del proyecto de arquitectura completo.
• Estudio de viabilidad y colaboración en el proyecto específico por parte de un gabinete técnico o ingeniería especialistas en vidrio estructural.
• Realización de todos los ensayos necesarios, tanto en laboratorio como en taller u obra, a fin de ratificar los cálculos obtenidos.
• Fabricación y montaje en obra con mucha precisión y esmero, evitando cualquier incidencia en cualquiera de los elementos estructurales y ante todo en el vidrio.

La ejecución de una obra con vidrio estructural podemos considerar que aún tiene algo de experimental, lo cual representa que para cada proyecto debemos definir un referencial técnico específico. Por tanto, aún resulta más necesaria la estrecha colaboración entre los distintos integrantes del proyecto a fin de definir correctamente los procedimientos a seguir.