Lucha contra la fragilidad del vidrio

El vidrio es un material frágil debido a que en un estado de carga, llegando a su límite elástico, no tiene periodo plástico como sucede en otros materiales como el acero, y se fractura (Gráfico 4.1). Esto es condición natural del vidrio y no se puede cambiar pero sin embargo se pueden realizar diseños que disipen este hecho habida cuenta de que lo que realmente importa es el efecto que produce, es decir si se rompe una viga de vidrio lo que nos importa es que no se caiga lo que está soportando, ni ella misma. Para esto se ha explicado anteriormente los requerimientos de redundancia, retención, post-rotura y resistencia pero como el caso es de rotura frágil ya no podemos contar con el de resistencia, debemos contar con los otros tres requerimientos que harán prolongar su capacidad de carga de forma segura aportando la ductilidad o plasticidad que aportan otros materiales.

La forma más habitual de enfrentarse a la fragilidad de vidrio es el uso del vidrio laminado con placas recocidas si no dispone el diseño de anclajes metálicos que precisen taladros y además el uso de refuerzos lineales metálicos livianos que no supongan un riesgo de opacidad.

Estos refuerzos de acero u otro material son activados principalmente una vez se ha iniciado la rotura del vidrio 64 _{intentando atar las fisuras y llevar las tensiones de tracción}

que ya no soportan las fisuras del vidrio. En este artículo el autor define claramente que en el comportamiento post-rotura se obtienen mejores resultados con un vidrio recocido que con uno termoendurecido, y éste mejores que con un templado.

4.10 Conclusiones del estudio de elementos estructurales de vidrio

Si se repasa el estado de la técnica con respecto a los elementos estructurales de vidrio podemos resumir en varios puntos las conclusiones válidas para el estudio que se desarrolla.

En primer lugar hay que poner de manifiesto que hoy por hoy no se concibe ningún elemento estructural que no sea híbrido en su composición ya sea porque sea un elemento laminado con varias placas de vidrio laminadas finas láminas que adhieren las hojas de vidrio de distinta naturaleza, o bien porque se añadan elementos de refuerzo, o incluso como es más común, una combinación de ambas, es decir vidrio laminado con refuerzo. Esto determina claramente que los elementos estructurales seguros no se deben diseñar con vidrio monolítico templado como se ha venido realizando hasta hace poco.

Podemos entonces concluir distintos puntos:

◦ Los elementos seguros son laminados

◦ Las láminas que aportan más rigidez a la pieza y resistencia anti desgarró son las láminas ionoplásticas tipo SGP.

◦ Las pretensiones correctamente localizadas aumentan la capacidad de carga

◦ Los refuerzos inferiores aportan una seguridad post-rotura.

◦ La redundancia de elementos permite seguir trabajando en condiciones normales de esfuerzo con alguna placa fracturada.

◦ El problema que presentan las vigas muy esbeltas es el pandeo lateral, ya sea por exceso de longitud como por relación de escuadría en la sección, lo cual está pendiente de solución.

◦ El resumen de estas conclusiones será la base del diseño de elementos estructurales y su optimización.

5.

METODOLOGÍA

Gráfico 5.1 Metodología. Fuente: Elaboración propia

Para cumplir el objetivo de la presente tesis he seguido la metodología según el cuadro anterior y que paso a explicar a continuación:

En primer lugar está la fase de diseño o generación de la idea en base al conocimiento adquirido en el estado de la técnica y de la investigación. Todas las referencias revisadas suponen un pequeño avance en mi investigación, pero es precisamente cuando se fija un objetivo claro cuando se ordenan las ideas y surge una solución a nuestra hipótesis de crear un elemento prefabricado de vidrio capaz de generar forjados transparentes.

Para dar forma material al diseño del elemento hay que predimensionar el mismo con unos criterios que a veces son objetivos de otras investigaciones como puede ser la

optimización de secciones para obtener diseños más esbeltos, o la composición de los elementos laminados teniendo en cuenta criterios de seguridad, o las dimensiones de fabricación y transporte.

El siguiente paso será la comprobación de que el elemento diseñado y predimensionado funciona para lo cual como en la mayoría de las investigaciones se desarrollará un ensayo y para esto habrá que hacer unos cambios que son el cambio de escala y el cambio de hipótesis de carga que a su vez quedarán recogidos en el cálculo teórico y la simulación por elementos finitos.

Finalmente obtendremos un elemento que cumplirá con las condiciones impuestas a nivel de requerimientos, pero sólo a través de los ensayos comprobaremos su capacidad post-rotura, ya que esto no se puede calcular ni simular, y sin embargo es la prueba de seguridad que da validez y viabilidad al objeto de la tesis.

La forma de llegar a un resultado fiable en la investigación es compaginar y contraponer los distintos métodos de cálculo. En primer lugar se realizarán unos cálculos analíticos en base a un predimensionado, posteriormente se realizarán unas simulaciones de comprobación de la eficiencia de la geometría a través de una simulación por elementos finitos y finalmente se realizarán unos ensayos físicos para validación del elemento prefabricado.

En el cálculo teórico se establecerán las bases de cálculo según CTE así como se definirán los pesos propios de los elementos y la pretensión que se aplicará para contrarrestar la flecha que adquirirá por peso propio llevando la placa a una horizontalidad total sin sobrecarga.

La simulación por FEM se desarrollará con el programas Proengineer, que servirá para validar la propuesta de cálculo no permitiendo que nos excedamos de las tensiones admisibles del vidrio ya sean de tracción o de compresión. Este sistema nos permitirá evitar equivocarnos cuando realicemos los ensayos físicos evitando a su vez incurrir en gastos por rotura de probetas.

Finalmente los ensayos físicos llevarán el peso del estudio al desarrollar toda una serie de trabajos de preparación muy elaborados como son la fabricación de los elementos de

vidrio, el montaje de los tendones de pretensado, el diseño y fabricación de las cabezas de pretensado, el diseño y fabricación del banco de ensayo, el estudio de cómo realizar la prueba de carga y la definición de la tabla de datos que queremos abordar con distintas variables de pretensión y carga, así como la gestión de todos los elementos de medida que son necesarios para estas pruebas.

Con los resultados comparables de los tres procesos reflejados en tablas, procederemos a la comparación y discusión de los resultados superponiendo las distintas gráficas para finalmente obtener nuevos datos que arrojarán una serie de conclusiones.