Vidrios. Aislaciones. Espesores. Cálculo. Cristal Float

26.08.2014 14:39

UNIDAD N°8: CÁLCULO Y COLOCACIÓN DE VIDRIOS

Método para determinar el espesor conveniente de paños soportados solamente en dos bordes paralelos

El objetivo de este artículo es brindar un método para determinar el espesor adecuado de un paño vertical de cristal Float (*), cuando es sometido a la presión del viento. Se trata de un procedimiento gráfico que parte de conocer las dimensiones del paño y la presión de diseño de viento para aberturas exteriores.

(*) Al final del artículo se explica la fabricación del cristal Float.

La presión del viento es la principal solicitación a la que está sometido un vidrio en una ventana o una fachada. La resistencia del vidrio depende de su espesor, tamaño y de su forma de sujeción en la abertura. Es responsabilidad del diseñador establecer la presión del viento y otras solicitaciones a las que será sometido un vidrio. Conocida la presión del viento, las dimensiones y superficie del paño, y su modo de sustentación en la abertura, puede obtenerse gráficamente el espesor del vidrio, empleando los ábacos incluidos en el presente, extraídos de la Norma IRAM 12565 Determinación del espesor adecuado del vidrio en aberturas.

Cálculo de la presión de diseño

En la Norma IRAM 12565 se detalla la velocidad instantánea máxima del viento a 10 m de altura, para distintas localidades del país, indicando la velocidad de la ráfaga máxima en m/s para cada lugar. Dicho valor debe ser corregido aplicando el factor de corrección s indicado en la tabla 1, que toma en cuenta la altura del edificio y las características topográficas y/o de edificación del entorno mediante la fórmula:

Vc = V.s

Siendo
Vc → la velocidad corregida del viento en m/s
V → la velocidad instantánea máxima del viento, en m/s, registrada a 10 m de altura sobre el terreno.
s → el coeficiente de corrección de la tabla 1.

PRESIÓN DEL VIENTO PARA DISTINTAS LOCALIDADES DE LA REPÚBLICA ARGENTINA (Ver tabla por localidades)

TABLA COEFICIENTE DE CORRECCIÓN s

Categoría (A):
Edificios frente al mar, zonas rurales o espacios abiertos sin obstáculos topográficos.

Categoría (B):
Edificios en zonas suburbanas con edificación de baja altura promedio, hasta 10 m.

Categoría (C):
Zonas urbanas con edificación de altura.

Cálculo de la presión del viento

Se obtiene mediante la fórmula:

p = 0,9016. Vc2

Siendo
p → la presión del viento en N/m2
Vc → la velocidad corregida del viento en m/s
0.9016 → un valor que tiene en cuenta los posibles efectos de la presión y succión del viento.

Definición del espesor

El diseñador, siempre, deberá considerar otros aspectos que puedan influir en la selección del espesor adecuado de un vidrio. Un aspecto que conviene tener en cuenta es el grado de aislación acústica que brinda cada espesor de vidrio, pudiendo ser necesario emplear uno mayor para satisfacer simultáneamente la resistencia a la presión del viento y el nivel de control acústico deseado.

Determinación del espesor adecuado

Mediante el ábaco, cualquiera sea el método empleado para determinar la presión del viento, puede obtenerse el espesor mínimo recomendado de un paño de Float, sujeto a ráfagas de 3 segundos de duración. El gráfico puede ser utilizado solamente para paños rectangulares, inclinados no más de 15º respecto del plano vertical. El coeficiente de forma o relación entre los lados del paño no debe ser mayor que 3 a 1. Cuando dicha relación sea mayor se deberá consultar al Servicio de Asesoramiento y/o calcular su espesor como si se tratase de un vidriado soportado, solamente, en dos lados paralelos.

Utilización de gráfico

Cada banda diagonal grisada corresponde a un espesor de Float. Cuando el paño es cuadrado, con una relación entre la dimensión de sus lados 1:1 (límite inferior de la banda) y 3:1 (límite superior de la banda). Si el punto de intersección entre la línea horizontal correspondiente al área del paño y la vertical correspondiente a la presión del viento estuviese fuera de las bandas grisadas, debe adoptarse el espesor siguiente superior. (Ver esquema A) En caso de que la relación calculada entre lados de un paño esté cerca de la línea negra gruesa (por ejemplo para un paño cuadrado) el valor interpolado que debe aplicarse para el espesor es el de la banda siguiente. Si el valor calculado para la relación entre lados está alejado de la línea negra gruesa, entonces el espesor de vidrio correspondiente a dicha banda puede ser utilizado.

Ejemplo de utilización de gráfico

¿Cuál es el espesor mínimo recomendado de simple vidriado para una abertura de 1200 x 900 mm, para resistir una presión de viento de 1500 N/m2?

1- Calcule el área de Float 1.2 x 0.9 = 1.08 m.

2- Busque en el ábaco el punto de intersección horizontal correspondiente a 1.08 m con la vertical correspondiente a 1500 N/m2.

3-El punto de intersección yace entre las bandas correspondientes a 3 mm y 4 mm por lo que 4 mm es el espesor mínimo aceptable de Float.

FLOAT Simple vidriado soportado en sus cuatro bordes. (gráfico-tabla)

FLOAT Doble vidriado hermético soportado en sus cuatro bordes. (gráfico-tabla)

Float de color

Cuando es empleado en una fachada es aconsejable unificar su espesor, pues cuando éste varía, también varían sus propiedades de transmisión de luz visible y calor solar radiante. De lo contrario se corre el riesgo de producir variaciones en el tono de la fachada, tanto vista del exterior, como a su través desde el interior.

El vidrio y la transmisión del calor

El calor se transmite a través de un vidrio de tres formas:

1- Por su condición de sólido transmite el calor por conducción. Se mide con el coeficiente K (w/m2 K).

2- Por su característica transparente transmite el calor por radiación. Se mide con el coeficiente de sombra o el factor solar.

3- En ambos casos intervienen fenómenos de convección superficial. interiores, etc.

Aislación térmica

El aislamiento térmico de un cerramiento, igual que otros materiales, como un muro de ladrillo o un techo, dependen del coeficiente de conductividad térmica de los materiales componentes y del espesor en el que son empleados.
La conductividad térmica l (lambda) es un valor intrínseco de cada material que se mide en laboratorio. l vidrio = 1.05 W/m K.

Vidrio simple monolítico

La resistencia térmica de un vidrio transparente de 6 mm de espesor es R = 0.19 mK/W La transmitancia térmica K = 1/R. W/m2K. Teniendo en cuenta los coeficientes de resistencia superficial del aire en ambas caras de un vidrio se obtiene un valor de K vidrio simple de 4 mmK = 5,70 W/m2K.
Variando el espesor del vidrio entre 3 y 19 mm, el valor de K varía de 5.8 a 5.2 W/m2K lo que desde el punto de vista de la aislación térmica de un cerramiento vidriado es prácticamente despreciable.

Doble vidriado hermético

El mejor recurso para mejorar la aislación térmica de una superficie vidriada es emplear unidades de doble vidriado compuestas por dos vidrios, separados entre sí por una cámara de aire seco y estanco, que es la que aporta la mejora de aislamiento térmico.
En dichas condiciones un doble vidriado hermético DVH con una cámara de aire de 12 mm de ancho permite obtener un valor de Kdvh = 2.80 W/m2K.
El valor de K para DVH con cámaras de 6 y 9 mm es respectivamente 3,20 y 3,00 W/m2K.

Doble vidriado hermético con vidrio LOW-E de baja emisividad

El empleo de un vidrio de baja emisividad en un DVH permite reducir el valor del coeficiente de transmitancia térmica Kdvh low-e = 1.8 W/m2K.

Ventajas adicionales de un DVH

Cuanto menor es el valor del coeficiente K, mayor es la capacidad para retardar el flujo de calor entre las temperaturas del aire a ambos lados de una superficie vidriada. Un buen aislamiento térmico evita la condensación de humedad sobre el vidrio y elimina la sensación de muro frío de un vidriado simple durante el invierno.

El vidrio y el control del ruido

Desde el punto de vista de la transmisión del ruido, las ventanas, hasta los años 70, fueron un punto débil de la envolvente exterior de un edificio. En la actualidad, la amplia variedad de tipos de vidrio y carpinterías permite resolver con facilidad y eficiencia los problemas de transmisión de ruido en edificios residenciales, comerciales e institucionales. Para comprender mejor las propiedades de aislación acústica del vidrio es preciso, primero, entender cuál es el significado práctico del decibel (dB) que es la unidad con la que se mide la presión sonora y nos da una idea relativa de su intensidad. A diferencia de otras unidades de uso común como el metro, cuya magnitud varía en forma lineal, el decibel (dB) varía en forma logarítmica. Esto quiere decir que cada vez que la presión sonora aumenta 10 (dB) la intensidad del sonido se eleva a la décima potencia.

Ver Tabla Intensidades

Todos sabemos que 80 m es el doble de 40 m. Pero en materia de presión sonora, su duplicación es equivalente a un aumento de la intensidad mucho mayor.
Por ejemplo, de la tabla surge que una presión sonora de 80 (dB) no es el doble de 40 (dB) sino que es 10.000 veces mayor. Cuanto mayor es la presión sonora mayores son las dificultades para aislar el paso del ruido.
Los ruidos graves (bajas frecuencias) son más difíciles y costosos de aislar con vidrio que los sonidos agudos (altas frecuencias).
En términos generales, contar con una ventana con una capacidad de aislación acústica promedio de 30/33 (dB) implica tener un buen nivel de control acústico.
Las siguientes nociones brindan una guía para comprender cómo perciben las personas el aumento o disminución de la presión sonora.

Usualmente el oído no puede detectar una variación de presión sonora de 1 o 2 (db).

Un cambio de 3 (db) no será apreciado si existe un lapso de tiempo entre ambos.

Una variación de 5 (db) puede ser fácilmente detectada si la presión sonora es alta.

Un cambio de 7 (db) siempre será apreciado por el oído, dado que prácticamente significa una duplicación de la presión sonora.

Niveles recomendados de ruido interior

( Foto instrumento para medición de los decibeles-decibelímetro)

Los siguientes valores son los usualmente recomendados en materia de confort acústico interior, para una serie de locales o actividades típicas:

Ver Tabla

RM	RW	*RTRA*

Reducción acústica promedio. Es la media aritmética entre los valores de aislamiento acústico de un elemento constructivo en el rango de frecuencias entre 100 y 3150 Hz.	Es representativo del valor de aislación acústica de un elemento constructivo, tomando como referencia la respuesta del oído humano. Numéricamente puede ser hasta 5 (db) más alto que el valor de RM promedio.	Ni el RM o el RW pueden ser directamente usados para estimar el nivel de ruido interior. Para ello se adopta un espectro idealizado del ruido del tránsito. Representa la reducción en (dba) que puede obtenerse de una ventana para mitigar el ruido del tránsito.

Ver Tabla distintos vidriados Float

El empleo de paños verticales de Float, sólo soportados en dos bordes paralelos horizontales y colocados a tope, para obtener franjas continuas vidriadas, sin obstáculos visuales verticales constituye una práctica frecuente en obras de arquitectura comercial; entre otras, los escaparates y vidrieras son algunas de las aplicaciones más difundidas de esta forma de instalación de Float recocido y/o templado. Son habituales además, la utilización en edificios de gran altura (torres) y/o en residencias ubicadas en lugares muy expuestos como la costa Atlántica y el sur del país donde están expuestos en mayor medida a las inclemencias de tiempo.

Para determinar el espesor requerido de un paño de Float soportado en los bordes deben tenerse en cuenta tres aspectos:

a) La dimensión del paño vidriado.

b) La presión de diseño del viento.

c) Verificar que la flexión del paño esté dentro de un rango de deformación admisible.

Adicionalmente siempre deberá verificarse si el vidrio considerado cumple con los requisitos de seguridad establecidos por el código de edificación o por la Norma IRAM 12576, práctica recomendada de seguridad para vidrios susceptibles a impacto humano.

Resumen de los factores a tener en cuenta en la colocación de un paño vidriado

Estéticos: color – no influye en el cálculo sino en la arquitectura

De seguridad y aislación:

Espesor para resistir presiones generadas por el viento.

Aislamiento térmico.

Aislamiento acústico

Métodos de Fabricación del Vidrio

A lo largo de la historia del vidrio han sido varios los métodos utilizados para la fabricación de vidrio plano. Dichos métodos han pasado, gracias a un importante esfuerzo tecnológico, de los antiguos sistemas de soplado a boca a los modernos sistemas de flotado. En los siguientes puntos se describe resumidamente los principales métodos que han sido usados.

SOPLADO A BOCA.

El origen de este método se remonta al siglo X y consistía en formar un esfera de vidrio fundido mediante soplado con caña. Mediante balanceos, se conseguía que el vidrio tomara la forma de un cilindro. Finalmente se cortaba el cilindro a lo largo de una de sus generatrices y se aplanaba con un rodillo de madera.

SOPLADO MECÁNICO.

Básicamente consiste en la mecanización del proceso anterior. Este sistema fue inventado a principios de siglo y como el anterior consistía en la formación de grandes cilindros que posteriormente se cortaban y aplanaban.

ESTIRADO MECÁNICO.

La idea de este sistema es la de conseguir extraer verticalmente, a partir de un baño de vidrio fundido, una lámina rectangular continua de vidrio que, inmediatamente después de emerger, fuese cuidadosamente enfriada. También fue desarrollado a primeros de siglo, pero debido a diversas dificultades prácticas, dicho sistema ha caído en desuso.

LAMINADO CONTINUO.

Gracias al desarrollo de grandes hornos balsa, surgieron en 1932 los sistemas de laminado continuo. En este sistema el vidrio fundido contenido en una balsa se le hace rebosar por uno de los extremos del horno y se desliza hasta llegar a los rodillos laminadores. La lámina de vidrio avanza horizontalmente mientras se produce su enfriamiento.

VIDRIO FLOTADO. (Cristal Float)

El procedimiento de fabricación de vidrio plano por el método de flotado ha supuesto una revolución industrial en este sector. Dicho método fue desarrollado por la compañía Pilkington en 1959 y en la actualidad prácticamente todos los vidrios usados en la construcción son fabricados por flotado. Se denomina flotado debido al proceso de fabricación que consiste en fundir el vidrio en un horno balsa para a continuación hacerlo pasar a una cámara en la que existe un baño de estaño fundido, de manera que el vidrio flota sobre él, se extiende y avanza horizontalmente, al salir de la cámara pasa por un túnel de recocido y finalmente se corta. Por este método se consiguen vidrios de una elevada calidad a lo que hay que añadir una capacidad de producción muy elevada, para un espesor de 6mm se alcanzan 240 m/h.

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