El vidrio es un material que ha sido utilizado por los seres humanos en la vida cotidiana durante miles de años; Sin embargo, no ha sido visto como un material estructural hasta las últimas décadas. La gente tiene miedo del uso estructural del vidrio, principalmente por dos razones: la fragilidad y transparencia. La fragilidad del vidrio hace que el vidrio rompa antes de ceder, lo que significa que nada podía presagiar la rotura de vigas de vidrio y por lo tanto la gente no tiene la advertencia de alejarse de las estructuras potencialmente peligrosas. La transparencia hace pensar que no son lo suficientemente fuertes. Sin embargo, si echamos un vistazo en las grandes propiedades estructurales de vidrio, nos damos cuenta de vidrio puede ser un buen material estructural.
Aunque la resistencia a la tracción de vidrio es sólo alrededor del 20% del acero, todavía es muchas veces más fuerte que el hormigón y la madera, y la resistencia a la compresión del vidrio es aún mayor que la del acero. Aunque la tracción en relación de resistencia-densidad no es tan buena, es todavía casi el 60% de la del acero.
Quienes apostaron por esto sabían que hay dos maneras de mejorar las propiedades de resistencia de vidrio, con un tratamiento térmico o con un fortalecimiento químico y con la introducción del vidrio laminado.
La estrategia de la laminación proporciona cristal con un tipo de plasticidad y ductilidad. Los gráficos de tensión-deformación sólo pueden mostrar propiedades mecánicas de los materiales, que en este caso no nos es muy útil para entender cómo funciona el proceso de laminación, por eso vamos a examinar mejor la gráfica de fuerza-desplazamiento. La curva de fuerza-desplazamiento de acero y vigas monolíticas es la misma que la curva de tensión-deformación, mientras que las vigas de vidrio laminado muestran algunas nuevas características.
Ilustración 93. Grafica fuerza-desplazamiento.
Fuente: FU, LEI. Glass beam design for architects: brief introduction to the most critical factors of glass beams and easy computer tool (Recuperado 05 Abril 2015)
En la ilustración 93. Podemos observar una curva de fuerza-desplazamiento imaginaria de una viga de vidrio de cuatro capas, que es lo suficientemente fuerte como para permitir la rotura de dos capas, y suponemos hojas de vidrio se rompen capa por capa antes de que toda la estructura se derrumba.
Tambien podemos usar vigas mixtas de acero y vidiro o madera y vidio para mejorar las propiedades de estas.
Los elementos constructivos, vigas, cuando se someten a esfuerzos de flexión simple reaccionan en sus secciones internas con una tensión de compresión en la parte superior y una tensión de tracción en la parte inferior, que son más importantes en las fibras extremas de la sección y van disminuyendo hasta su punto de encuentro en la fibra neutra de la propia sección.
En el caso del vidrio la resistencia a la tracción es muy inferior comparada a su gran resistencia a compresión, lo que hace que las vigas se tengan que dimensionar al máximo esfuerzo de tracción que pueda resistir, mientras que la zona comprimida estaría muy por debajo de sus posibilidades reales de resistencia. Debemos tener en cuenta que la resistencia a compresión de un vidrio recocido es de 10000 kg/cm2, mientras que su resistencia a tracción es de 400 kg/cm2, 25 veces menor.
Otro elemento constructivo realizado en vidrio cada vez con mayor frecuencia son las escaleras, que son cada vez son más comunes. Algunas escaleras son una combinación de peldaños de vidrio con soporte de acero y otras son solo vidrio unido al elemento portante con fijaciones metálicas o de otro tipo. Los peldaños de vidrio son generalmente de vidrio laminado, suelen tener espesores grandes ya que deberían estar diseñados para soportar la carga dinámica de las personas en caso de evacuacion
Ilustración 94. Secciones de vigas mixtas con vidrio
Fuente:http://www.zdnet.com/article/glass-i-beams-and-rooftops-the-cold-bent-truth/ (Recuperado 05 Abril 2015)
Para eliminar completamente cualquier obstrucción visual, lo único que nos queda son los pilares. Como otros miembros de vidrio estructural estos están diseñados con vidrio laminado de modo que el panel interior puede soportar toda la carga sin la ayuda de los paneles más exteriores.
Para ello han de tenerse una serie de consideraciones ya que un pilar puede fallar de tres formas.
Ilustración 95. Escaleras de vidrio
Fuente:http://www.beaverealty.com/the-glass-stairway/ (Recuperado 05 Abril 2015)
Ilustración 96. Vigas portantes de vidrio Fuente:http://openbuildings.com/buildin
gs/glass-pavilion-profile-3873 (Recuperado 05 Abril 2015)
Ilustración 97. Diferentes formas de fallo en un pilar Fuente: propia
El método menos probable de fallo en un pilar de vidrio sería el primero donde la columna ya no puede soportar la fuerza de compresión. La siguiente forma de colapso es un fallo de cizallamiento, donde la fuerza de corte es demasiado grande y dos piezas de la corredera a lo largo de cada miembro de otra. Y el tercero es el más común donde el pilar flecta. En este caso, el miembro se inclina hacia fuera hasta que finalmente se rompe en el centro.
Aunque vidrio funciona bien bajo compresión, es difícil prevenir el pandeo en un pilar de vidrio. Cuando un pilar de vidrio pandea, las fuerzas de tensión se introducen en el vidrio, y debido a que no es un material elástico este rompe. Para reducir esta probabilidad de rotura empleamos el vidrio laminado. De esta cada capa actúa como un soporte lateral para los otros y la relación de esbeltez se reduce.
Como ejemplo llevado a cabo de este tema he escogido los proyectos de Carlo Santambrogio con colaboración de Ennio Arosio. Los proyectos “Snow House” y “Cliff House”. En ambos proyectos se lleva a cabo el concepto de vivienda transparente donde cada componente de las viviendas, a excepción de la cimentación, se compone de elementos estructurales de vidrio diseñados para ser construidos en casi en cualquier lugar del mundo y permitir a los habitantes estar completamente inmersos en la naturaleza.
La “Snow House” como su nombre lo indica, se encuentra en climas más fríos y está construida de paneles gruesos capaces de soportar cargas más grandes, es decir, la de la nieve, lo que también le ayudará a aislar el interior. Con el toque de un botón, los paneles de vidrio especiales se convierten al instante en mate proporcionando la posibilidad de una vida privada en una casa de vidrio, aunque equipada también con elementos auxiliares como son las cortinas correderas en las habitaciones.
Ilustración 98 Snow house.
La “Cliff House”, por otro lado contiene vidrios más ligeros y delgados. Elementos de vidrio que ya no se preocupas por posibles cargas externas que actúen sobre la estructura. Elevado sobre una capa delgada de agua, la vivienda permite que el propietario se sienta como si flotara sobre un océano que también se percibe en el horizonte. Esta casa está diseñada para proporcionar al usuario una inmersión total en la naturaleza proporcionando una visión de 360 grados del entorno inmediato sin ningún pilar o viga que entorpezca su visión.
Ilustración 99. Cliff House. Milano, Italy. Fuente: http://goo.gl/lv8hic (Recuperado 05 Abril 2015)