Estudios de vigas con refuerzos adicionales y pretensados

Muchas de las investigaciones llevadas a cabo por las universidades están enfocadas a dotar de seguridad a las vigas de vidrio por medio del uso de refuerzos de acero u otros materiales, debido a la rotura frágil del vidrio se requiere el uso específico de conceptos de seguridad. El uso de refuerzos está basado en una acción compuesta entre el vidrio y el material del refuerzo. El vidrio lleva la principal carga y el refuerzo actúa sobre el

25 _{(LOUTER C. , 2007)}

vidrio, según expone Louter27_{. El refuerzo de acero, fibra de vidrio o fibra de carbono, es}

activado principalmente una vez que se ha iniciado la rotura del vidrio intentando atar las fisuras y traspasar las tensiones de tracción sobre las fisuras del vidrio entre los distintos fragmentos de vidrio.

Dentro de estas investigaciones se estudia y clasifica el fenómeno de la rotura, explicando por qué se denomina y se genera tanto la rotura como el colapso de la viga. La natural rotura frágil del vidrio requiere el uso específico de conceptos de seguridad para poder aplicar con fiabilidad elementos estructurales de vidrio en la construcción de edificios.

Por ejemplo Louter28_{, indica que todas las vigas presentan un comportamiento elástico}

hasta que ocurre la rotura en forma de V, y que la rotura final se produce cuando la fisura llega a la zona superior de compresión. En éste mismo artículo se expone que en las vigas denominadas A, reforzadas pero sin pretensión, la rotura producida a la misma carga, genera fisuras que llegan a una zona superior, a diferencia que en las vigas denominadas B y C, que disponen de una pretensión en los refuerzos; pero en cambio las vigas tipo A presentan una mayor ductilidad, permitiendo mayor deformación, y que por otro lado las vigas tipo D, no tienen capacidad post-rotura al no disponer de ningún elemento de refuerzo en la propia viga de vidrio (Gráfico 3.6).

Gráfico 3.6 Tipos de vigas y denominación según artículo citado. Fuente: Louter 2007

27 _{(LOUTER, BELIS, VEER, & LEBET, 2012)} 28 _{( (LOUTER C. , 2013)}

También se expresa en el mismo artículo que la resistencia inicial a la rotura de las vigas con refuerzos es mucho mayor que en las vigas sin refuerzo.

Bos29 _{indica que la pretensión de una viga aumenta su capacidad de carga el doble frente}

a simplemente la utilización de un refuerzo.

Del mismo modo, Belis30_{, indica que la aplicación de pretensado en los elementos de}

refuerzo puede proveer algunas ventajas o desventajas, según los puntos que cito a continuación:

◦ Economía de material: la sección de vidrio puede ser menor debido al aparente incremento de la capacidad de carga.

◦ Incremento de la resistencia a largo plazo del vidrio recocido que es limitado por el efecto de “stress corrosión”. Este efecto ocurre en la punta de la superficie del borde de las microfisuras las cuales están expuestas a la tracción y humedad, esta pretensión en parte las elimina.

También la pretensión del vidrio HS (Termoendurecido, ver capítulo 4.2.3) o FT (Templado, ver capítulo 4.2.2) puede significar algunas desventajas:

◦ Inclusiones de Sulfato de Níquel en el templado para el vidrio pretensado, lo cual puede inducir a rotura si no se evita en gran parte sometiendo el vidrio a HST.

◦ Incertidumbre sobre el nivel de pretensión del vidrio en HS o FT debido a diferentes productos, áreas, lotes y diferentes patrones de rotura esperados.

◦ Un chequeo profundo de calidad en los vidrios tratados térmicamente es necesario antes de aplicar el vidrio en una viga reforzada. Esto puede hacerse usando un polarímetro por el cual las tensiones en el vidrio pueden ser determinados.

En el mismo artículo se concluye que los refuerzos de acero macizo provocan una mayor resistencia y rigidez en la etapa post-rotura que la viga con refuerzo de acero hueco, debido a la mayor sección de acero.

29 _{(BOS, F. P.; VEER; F.A.; HOBBELMAN, G.J. ; LOUTER P.C, 2008)} 30 _{(LOUTER, BELIS, VEER, & LEBET, 2012)}

Por otro lado, en otro artículo de Louter31_{, se pone de manifiesto que el comportamiento}

estructural de los refuerzos, mejora con el aumento de la superficie de pegado del acero a las vigas de vidrio, así como empleando un adhesivo tipo epoxy, frente a otro tipo de adhesivos.

La teoría de los refuerzos evoluciona hasta que incorpora en el espacio entre las láminas intercalarias del vidrio, en este caso SGP (Sentry Glass Plus), unas fibras de vidrio y otras de carbono.32 _{(Gráfico 3.7)}

Gráfico 3.7 Vigas reforzadas con fibras . Fuente: Louter 2009

En ese artículo se obtiene que las fibras de carbono, al ser más rígidas, mejoran el comportamiento estructural que con fibra de vidrio pero teniendo que abandonar dicha

31 _{(LOUTER C. , Reinforcing glass, effects of reinforcement geometry and bonding technology,}

2007)

32 _{(LOUTER C. , High-strength fibre rods as embedded reinforcement in SentryGlas-laminated}

propuesta por la fragilidad que conllevan las fibras de carbono, retornando el primer problema que tenemos con el vidrio y para lo cual se intenta obtener un comportamiento más dúctil.

En otro artículo el propio Louter33_{, expone minuciosamente los requerimientos a tener}

en cuenta para la realización de las vigas tensionadas de vidrio como pueden ser:

◦ Se requiere una construcción muy precisa evitando desalineaciones, especialmente en el anclaje y la zona de transmisión de carga.

◦ Se obtiene un resultado más preciso si se pule y corta el conjunto de la viga en lugar de hacerlo por separado antes del laminado de la viga.

◦ Los defectos en la superficie del vidrio son menos críticos de lo esperado.

◦ La simplicidad del anclaje favorece el comportamiento estructural de la viga ya que minimiza la posibilidad de errores durante la fabricación y desalineaciones.

◦ El sistema de postesado más eficiente es el que se compone de una cabeza de acero inoxidable pegada al extremo de la viga

En las investigaciones realizadas por Bedon, se observa cómo se realiza la redistribución de las cargas en vigas con refuerzos34_{. Las gráficas de la viga laminada demuestran que las}

zonas fisuradas no recogen tensiones, por lo que la flexión origina compresiones en la parte superior, mientras que las tracciones inferiores las asume el refuerzo de acero hasta su rotura (Gráfico 3.8)

33 _{(LOUTER, VAN HEUSDEN, VEER, J.N., J.R, & VERSTEEGEN, 2006)} 34 _{(BEDON & LOUTER, 2014)}

Gráfico 3.8 Gráfica de tensiones y roturas asociadas. Fuente: Bedon & Louter, 2014

La principal ventaja que tiene este diseño es que el refuerzo de acero aporta una gran capacidad post-rotura (resistencia residual) y tiene la capacidad de transmitir cargas después de la fisuración y la progresiva rotura.

De este modo se obtiene un trabajo combinado de la ductilidad del refuerzo de acero y del comportamiento viscoelástico de las láminas termoplásticas.

Como conclusión de todas estas investigaciones, se puede establecer que los refuerzos realizados sobre las vigas laminadas de vidrio colaboran en una reducción de las secciones, mejorando su comportamiento estructural, y que además colaboran en un comportamiento post-rotura añadiendo un comportamiento plástico a las vigas de vidrio.