Este artículo está en relación con la investigación llevada a cabo en la Universidad Politécnica de Madrid por J.M. Cerezo, M.A. Núzez y B. Lauret. El estudio que han realizado sobre este tema se engloba dentro de un proyecto mayor sobre una vivienda solar, pero que tiene esta investigación constructiva desarrollada particularmente.
El vidrio es un material muy atractivo para la arquitectura por su transparencia y pese a su falta de uso como elemento estructural, es un material con un comportamiento tremendamente eficaz para resistir los esfuerzos de compresión, aunque su principal problema se encuentra en la resistencia a tracción, que realmente es baja sobre todo ante cargas permanentes.
Además del problema de la resistencia a tracción del vidrio, nos encontramos con que
los valores de resistencia del vidrio están basados en la estadística, ya que debido a que se trata de un material frágil posee un gran número de roturas de diversa índole que no pueden llegar a explicarse de manera categórica. Alcanzando el límite elástico se pasa directamente a la rotura sin pasar previamente por un estado plástico de deformación permanente.
En los últimos años, el vidrio se está empezando a utilizar en la arquitectura de
manera estructural, como soporte del propio cerramiento, es decir, realizando grandes fachadas acristaladas en las que es el vidrio el elemento de cerramiento y también el resistente, imitando elementos de fachada de acero o aluminio que traspasen las cargas de esfuerzos horizontales (no permanentes) a la estructura portante del edificio.
También se están empezando a utilizar elementos de vidrio para formar vigas o pilares de pequeños pabellones, salas, lucernarios o invernaderos, pero siempre de manera muy puntual y en elementos de poca importancia estructural.
o Pabellón de vidrio para la exposición de Arte Sonsbeek en Arnhem.
o Pabellón de entrada al museo de vidrio en Kingswinford
o Puente de vidrio en Kraaijvanger.Urbis.Rotterdam, Arq.Dirk Jan Postel
En todos ellos los elementos de vigas de vidrio están soportando también techos de vidrio con cargas permanentes, no cargas eventuales como en fachadas.
El objetivo de la investigación llevada a cabo es realizar vigas pretensadas de vidrio aprovechando las ventajas que tiene este material en su resistencia a los esfuerzos a compresión, optimizando las secciones de vidrio consiguiendo menores cantos en las vigas para resistir los mismos esfuerzos precomprimiendo las mismas. Para ello integran los refuerzos metálicos de acero para la precompresión en las propias vigas.
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. Este reparto de compresiones y tracciones en secciones homogéneas y simétricas se realiza de manera igualada para mantener el equilibrio en todos los puntos de la 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.
Para igualar esta circunstancia y conseguir un mayor aprovechamiento de la resistencia a compresión del vidrio y por consiguiente minimizar las secciones de los elementos, se propone la precompresión de las vigas de vidrio, consiguiendo así que las tracciones producidas por la flexión en la parte inferior sean compensadas con la precompresión de manera que puedan soportar una mayor carga.
Los métodos de cálculo elegidos para el cálculo son diferentes pero complementarios; en primer lugar se han realizado unas simulaciones mediante el programa de elementos finitos, Proengineer Wildfire 3.0, en el que se han obtenido unos resultados. Por otro lado se han realizado una serie de ensayos reales con probetas a escala 1/3 sobre los que se han obtenido una serie de resultados.
Descargar resumen de la investigación detallada en pdf : Elementos estructurales de vidrio INVE_MEM_2008_61465
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