Arquitectura en vidrio : estudio del impacto humano en vidrios de edificación [1 ed.] 8400111672, 9788400111670

Citation preview

439

MONOGRAFÍAS DEL IETcc

MONOGRAFÍAS DEL IETcc  N.º 439

426. Eloy Velasco Gómez y Jon Zubizarreta Sasia (coords.), Forjados activos para edificios eficientes, 2018. 427. Eloy Asensio de Lucas (coord.), Valorización de los residuos de construcción y demolición (RCD) como puzolanas alternativas, 2018. 428. Ignacio Oteiza San José (coord.), La envolvente energética de la vivienda social. El caso de Madrid en el periodo 1939-1979, 2018. 429. Ronaldo Soares Teixeira (coord.), Celulosa nanofibrilada y pulpa celulósica usada como refuerzo en materiales, 2019. 430. Esperanza Menéndez Méndez, Estrategia integral de prevención de la reacción árido-álcali, 2019. 431. Fernando Martínez Soriano y Enrique Martínez Sierra, Análisis y cálculo de refuerzo de forjados de madera: el CLT como alternativa al hormigón armado, 2019. 432. David Hernández Falagán, Innovación tecnológica en la arquitectura de Tous y Fargas, 2020. 433. Laura Caneda Martínez, Moisés Frías Rojas, César Medina Martínez y María Isabel Sánchez de Rojas Gómez, Aprovechamiento de los residuos procedentes de la minería del carbón como puzolanas para la fabricación de nuevos eco-cementos, 2021. 434. Ana Tejero González (coord.), Tecnologías de enfriamiento evaporativo: hacia una climatización descarbonizada y eficiente, 2021. 435. María Eugenia Maciá Torregrosa, Comportamiento de las estructuras de fábrica en caso de incendio. Técnicas de diagnóstico, reglamentación y método simplificado de cálculo, 2022. 436. Borja Frutos Vázquez (coord.), Mitigación de radón mediante técnica de despresurización. Avances en el diseño y aplicación, 2022. 437. Paloma Arias Holguín-Veras, Héctor Orozco Camargo, Raül Serra i Fabregà, Joan-Lluis Zamora i Mestre (coord.), Revestimientos de trencadís con vidrio veneciano de pan de oro en las arquitecturas del modernismo. Comportamiento y reconocimiento de las anomalía, 2023.

Los avances en la tecnología del vidrio y su grado innovación nos proporcionan un material de construcción cada vez más interesante para arquitectos e ingenieros: el vidrio como elemento estructural. Prueba de la importancia de las construcciones con vidrio actualmente, desde el CEN/TC 250/SC 11 se está trabajando en la redacción de un eurocódigo para el vidrio estructural. Este documento equiparará el vidrio a otros materiales estructurales, como acero u hormigón, y unificará las normativas estatales existentes. En esta propuesta de monografía se tratan dos partes diferenciadas: la primera, relacionada con la revisión de aplicaciones y la propuesta de clasificación atendiendo a criterios constructivos, así como la identificación de las prestaciones especiales de seguridad que se verifiquen de manera empírica; y la segunda parte, centrada en el estudio de una de las prestaciones: la resistencia a impacto humano. Se seleccionan las aplicaciones de vidrio estructural (fachadas, cubiertas, barandillas, suelos, escaleras, pilares y vigas) y se procede a la revisión de la normativa para cada una de ellas, en su mayor parte europea; de este modo, se identifican las prestaciones de seguridad y criterios de diseño pertinentes. El objetivo principal de la segunda parte de esta monografía es profundizar en el estudio experimental y teórico de impactos de personas sobre acristalamientos de seguridad para edificios. Se presenta un trabajo experimental, apoyado por modelos simplificados o de elementos finitos convenientemente actualizados, y se propone un método alternativo para registrar el nivel de excitación en ensayos de impacto humano.

ARQUITECTURA EN VIDRIO ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN Antonia Pacios Álvarez (coord.) José Antonio Parra Hidalgo Jesús Alonso Álvarez María Consuelo Huerta Gómez de Merodio

438. Gabriel Muñoz Rebollo, Puentes-arco de Gabriel Rebollo Canales, pionero del hormigón armado de finales del siglo xix a principios del xx, 2023. CSIC

Cubierta_Monografia_439.indd 1

Los autores de esta monografía son miembros de un equipo multidisciplinar que cuenta con perfiles profesionales de ingeniería industrial y arquitectura, y con diferentes desempeños, tales como la docencia y el trabajo en empresa, como se puede ver en sus perfiles académicos. Este trabajo ha sido desarrollado en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid. Su línea de investigación se inició con el proyecto «Seguridad ante impacto humano de los acristalamientos en edificación» (BIA2003-07022) y continuó con el proyecto «Dimensionamiento de los elementos de vidrio para el cumplimiento de los requisitos de seguridad de utilización» (BIA2011-28959-C02-02). Son, asimismo, miembros del grupo español de seguimiento del CEN/TC 250/SC 11-Structural Glass y del comité espejo CTN-UNE 140/GT 3 Vidrio estructural.

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN

425. David Revuelta Crespo, Pedro Carballosa de Miguel y José Luis García Calvo, Guía para el empleo de hormigones expansivos, 2017.

MONOGRAFÍAS DEL IETcc

ÚLTIMOS TÍTULOS PUBLICADOS

Antonia Pacios Álvarez (coord.), José Antonio Parra Hidalgo, Jesús Alonso Álvarez y Consuelo Huerta Gómez de Merodio

CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS

Imágenes de cubierta: «Muro cortina de vidrio de la Estación Central de Berlín» (imagen superior izquierda); «Ensayo con anillos concéntricos sobre probetas planas con grandes superficies de solicitación» (imagen inferior izquierda); «Ensayo de impacto humano» (imagen derecha) (fotografías de los autores).

31/8/23 16:48

439

MONOGRAFÍAS DEL IETcc

MONOGRAFÍAS DEL IETcc  N.º 439

426. Eloy Velasco Gómez y Jon Zubizarreta Sasia (coords.), Forjados activos para edificios eficientes, 2018. 427. Eloy Asensio de Lucas (coord.), Valorización de los residuos de construcción y demolición (RCD) como puzolanas alternativas, 2018. 428. Ignacio Oteiza San José (coord.), La envolvente energética de la vivienda social. El caso de Madrid en el periodo 1939-1979, 2018. 429. Ronaldo Soares Teixeira (coord.), Celulosa nanofibrilada y pulpa celulósica usada como refuerzo en materiales, 2019. 430. Esperanza Menéndez Méndez, Estrategia integral de prevención de la reacción árido-álcali, 2019. 431. Fernando Martínez Soriano y Enrique Martínez Sierra, Análisis y cálculo de refuerzo de forjados de madera: el CLT como alternativa al hormigón armado, 2019. 432. David Hernández Falagán, Innovación tecnológica en la arquitectura de Tous y Fargas, 2020. 433. Laura Caneda Martínez, Moisés Frías Rojas, César Medina Martínez y María Isabel Sánchez de Rojas Gómez, Aprovechamiento de los residuos procedentes de la minería del carbón como puzolanas para la fabricación de nuevos eco-cementos, 2021. 434. Ana Tejero González (coord.), Tecnologías de enfriamiento evaporativo: hacia una climatización descarbonizada y eficiente, 2021. 435. María Eugenia Maciá Torregrosa, Comportamiento de las estructuras de fábrica en caso de incendio. Técnicas de diagnóstico, reglamentación y método simplificado de cálculo, 2022. 436. Borja Frutos Vázquez (coord.), Mitigación de radón mediante técnica de despresurización. Avances en el diseño y aplicación, 2022. 437. Paloma Arias Holguín-Veras, Héctor Orozco Camargo, Raül Serra i Fabregà, Joan-Lluis Zamora i Mestre (coord.), Revestimientos de trencadís con vidrio veneciano de pan de oro en las arquitecturas del modernismo. Comportamiento y reconocimiento de las anomalía, 2023.

Los avances en la tecnología del vidrio y su grado innovación nos proporcionan un material de construcción cada vez más interesante para arquitectos e ingenieros: el vidrio como elemento estructural. Prueba de la importancia de las construcciones con vidrio actualmente, desde el CEN/TC 250/SC 11 se está trabajando en la redacción de un eurocódigo para el vidrio estructural. Este documento equiparará el vidrio a otros materiales estructurales, como acero u hormigón, y unificará las normativas estatales existentes. En esta propuesta de monografía se tratan dos partes diferenciadas: la primera, relacionada con la revisión de aplicaciones y la propuesta de clasificación atendiendo a criterios constructivos, así como la identificación de las prestaciones especiales de seguridad que se verifiquen de manera empírica; y la segunda parte, centrada en el estudio de una de las prestaciones: la resistencia a impacto humano. Se seleccionan las aplicaciones de vidrio estructural (fachadas, cubiertas, barandillas, suelos, escaleras, pilares y vigas) y se procede a la revisión de la normativa para cada una de ellas, en su mayor parte europea; de este modo, se identifican las prestaciones de seguridad y criterios de diseño pertinentes. El objetivo principal de la segunda parte de esta monografía es profundizar en el estudio experimental y teórico de impactos de personas sobre acristalamientos de seguridad para edificios. Se presenta un trabajo experimental, apoyado por modelos simplificados o de elementos finitos convenientemente actualizados, y se propone un método alternativo para registrar el nivel de excitación en ensayos de impacto humano.

ARQUITECTURA EN VIDRIO ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN Antonia Pacios Álvarez (coord.) José Antonio Parra Hidalgo Jesús Alonso Álvarez María Consuelo Huerta Gómez de Merodio

438. Gabriel Muñoz Rebollo, Puentes-arco de Gabriel Rebollo Canales, pionero del hormigón armado de finales del siglo xix a principios del xx, 2023. CSIC

Cubierta_Monografia_439.indd 1

Los autores de esta monografía son miembros de un equipo multidisciplinar que cuenta con perfiles profesionales de ingeniería industrial y arquitectura, y con diferentes desempeños, tales como la docencia y el trabajo en empresa, como se puede ver en sus perfiles académicos. Este trabajo ha sido desarrollado en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid. Su línea de investigación se inició con el proyecto «Seguridad ante impacto humano de los acristalamientos en edificación» (BIA2003-07022) y continuó con el proyecto «Dimensionamiento de los elementos de vidrio para el cumplimiento de los requisitos de seguridad de utilización» (BIA2011-28959-C02-02). Son, asimismo, miembros del grupo español de seguimiento del CEN/TC 250/SC 11-Structural Glass y del comité espejo CTN-UNE 140/GT 3 Vidrio estructural.

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN

425. David Revuelta Crespo, Pedro Carballosa de Miguel y José Luis García Calvo, Guía para el empleo de hormigones expansivos, 2017.

MONOGRAFÍAS DEL IETcc

ÚLTIMOS TÍTULOS PUBLICADOS

Antonia Pacios Álvarez (coord.), José Antonio Parra Hidalgo, Jesús Alonso Álvarez y Consuelo Huerta Gómez de Merodio

CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS

Imágenes de cubierta: «Muro cortina de vidrio de la Estación Central de Berlín» (imagen superior izquierda); «Ensayo con anillos concéntricos sobre probetas planas con grandes superficies de solicitación» (imagen inferior izquierda); «Ensayo de impacto humano» (imagen derecha) (fotografías de los autores).

31/8/23 16:48

ARQUITECTURA EN VIDRIO

MONOGRAFÍAS DEL IETcc, N.º 439

Dirección Maximina Romero Pérez, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETCC), CSIC Secretaría Román Nevshupa Kasatkin, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETCC), CSIC Comité Editorial Ana María Fernández Jiménez, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETCC), CSIC Ángel Manuel González Santos, Centro de Estudios Históricos de Obras Públicas y Urbanismo, CEDEX Mónica Martínez Martínez, Universidad de Alcalá Isabel Martínez Sierra, Directora del Gabinete de Presidencia, CSIC Ignacio Oteiza, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETCC), CSIC Rena C. Yu, Universidad de Castilla La Mancha David Revuelta Crespo, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETCC), CSIC Elena María Tejado Garrido, Universidad Politécnica de Madrid Consejo Asesor Tomas Abad Balboa, Universidad de Alcalá Francisco Javier Castilla, Universidad de Castilla-La Mancha Ángel Castillo Talavera, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETCC), CSIC Antón García-Abril Ruiz, Massachusetts Institute of Technology Inés García-Lodeiro, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETCC), CSIC Eva M.ª Jiménez Relinque, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETCC), CSIC Ángel Leiro López, Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas Fernando Martín-Consuegra, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETCC), CSIC Beatriz Martín Pérez, University of Ottawa Antonia Pacios Álvarez, Universidad Politécnica de Madrid Rafael Piñeiro Martínez de Lecea, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETCC), CSIC Ángela Sorli Rojo, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETCC), CSIC

ARQUITECTURA EN VIDRIO ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN

Antonia Pacios Álvarez (coord.) José Antonio Parra Hidalgo Jesús Alonso Álvarez María Consuelo Huerta Gómez de Merodio

CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS Madrid, 2023

Reservados todos los derechos por la legislación en materia de Propiedad Intelectual. Ni la totalidad ni parte de este libro, incluido el diseño de la cubierta, puede reproducirse, almacenarse o transmitirse en manera alguna por medio ya sea electrónico, químico, óptico, informático, de grabación o de fotocopia, sin permiso previo por escrito de la editorial. Las noticias, los asertos y las opiniones contenidos en esta obra son de la exclusiva responsabilidad del autor o autores. La editorial, por su parte, solo se hace responsable del interés científico de sus publicaciones.

Catálogo de publicaciones de la Administración General del Estado: https://cpage.mpr.gob.es Editorial CSIC: http://editorial.csic.es (correo: [email protected])

© CSIC © Antonia Pacios Álvarez, José Antonio Parra Hidalgo, Jesús Alonso Álvarez y María Consuelo Huerta Gómez de Merodio © De las imágenes, las fuentes mencionadas a pie de figura © Imágenes de cubierta: «Muro cortina de vidrio de la Estación Central de Berlín» (imagen superior izquierda); «Ensayo con anillos concéntricos sobre probetas planas con grandes superficies de solicitación» (imagen inferior izquierda); «Ensayo de impacto humano» (imagen derecha) (fotografías de los autores).

ISBN: 978-84-00-11167-0 e-ISBN: 978-84-00-11168-7 NIPO: 833-23-089-2 e-NIPO: 833-23-090-5 Depósito Legal: M-23281-2023 Maquetación: Gráficas Blanco, S. L. Impresión y encuadernación: DiScript Preimpresión, S. L. Impreso en España. Printed in Spain

En esta edición se ha utilizado papel ecológico sometido a un proceso de blanqueado ECF, cuya fibra procede de bosques gestionados de forma sostenible.

ÍNDICE Perfil académico de los autores.................................................................................................................9 Resumen ejecutivo....................................................................................................................................

11

1. Introducción.........................................................................................................................................15 2. Vidrio como material estructural.........................................................................................................19 2.1. Fabricación del vidrio..................................................................................................................19 2.2. Procesos de transformación del vidrio........................................................................................ 20 2.3. Desarrollo de nuevos intercalares...............................................................................................23 2.4. Propiedades mecánicas del vidrio...............................................................................................26 2.4.1. Ensayos y valores de tensión en normativa.....................................................................26 2.4.2. Propuesta para ensayos de anillos concéntricos de grandes superficies de  solicitación....................................................................................................................................27 3. Prestación de la resistencia a impacto humano en la arquitectura de vidrio..................................... 31 3.1. Aplicaciones en arquitectura en vidrio........................................................................................ 31 3.1.1. Cerramientos y cubiertas.................................................................................................. 31 3.1.2. Barandillas y acristalamientos..........................................................................................35 3.1.3. Suelos................................................................................................................................38 3.1.4. Escaleras............................................................................................................................41 3.1.5. Pilares y vigas....................................................................................................................44 3.2. Caracterización de la resistencia a impacto de los vidrios..........................................................50 4. Principios generales en el diseño de elementos de vidrio estructural................................................55 4.1. Comportamiento post-rotura......................................................................................................56 4.2. Recomendaciones de los elementos............................................................................................57 4.3. Verificación post-rotura...............................................................................................................57 5. Estudio del impacto humano en vidrio...............................................................................................59 5.1. Descripción y caracterización del impacto..................................................................................59 5.2. Parametrización del fenómeno de impacto................................................................................. 61 5.2.1. Identificación de parámetros............................................................................................ 61 5.2.2. Comportamiento global del péndulo................................................................................63 5.2.3. Comportamiento del péndulo durante el impacto...........................................................63 5.2.4. Comportamiento de la placa durante el impacto.............................................................65 6. Propuesta alternativa de caracterización de vidrio ante impacto.......................................................67 6.1. Diseño y evolución del prototipo.................................................................................................68 6.2. Comparación del nivel de carga................................................................................................... 70 7. Comparación de historias temporales mediante el índice de similitud SIn.......................................73 7.1. Normalización de los indicadores...............................................................................................74 7.2. Coeficientes de ponderación γim, γfmáx y γt para el modelo..........................................................75

8 Índice

7.3. Aplicaciones del índice de similitud............................................................................................75 7.4. Evaluación del comportamiento del índice de similitud............................................................77 8. Conclusiones.........................................................................................................................................79 9. Bibliografía........................................................................................................................................... 81 Listado de figuras......................................................................................................................................85 Listado de tablas........................................................................................................................................87

PERFIL ACADÉMICO DE LOS AUTORES Antonia Pacios Álvarez. Doctora en Arquitectura (UPM, 1993) después de una estancia de tres años como visitante predoctoral en la Northwestern University (EE. UU.). Inicialmente ha trabajado en el IETcc, perteneciente al CSIC. Desde el año 1995 ha estado adscrita a la UPM impartiendo docencia en asignaturas del área de conocimiento de Ingeniería de la Construcción, primero en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y en la actualidad en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio. Ha participado en treinta proyectos de I+D financiados por entidades públicas, como investigadora principal en diez de ellos, y ha trabajado en otros veinte contratos con empresas. Es autora de ochenta publicaciones en artículos y congresos de referencia. José Antonio Parra Hidalgo. Doctor ingeniero (UPM, 2021), con la defensa de la tesis Método alternativo para registrar el nivel de excitación en ensayos de impacto humano. Durante el desarrollo de este trabajo se documentó y realizaron los prototipos la «máquina portable para realizar ensayos de impacto blando sobre materiales frágiles con un elemento de impacto de masa y rigidez variables». Patente concedida en España ES2606331B2. Más de diez años trabajando en empresas del sector aeroespacial. Es autor de ocho publicaciones relacionadas con su línea de investigación y codirector de cuatro proyectos fin de carrera. Jesús Alonso Álvarez. Doctor ingeniero industrial (UPM, 2021), su labor investigadora en el campo del impacto en vidrio de edificación le llevó al desarrollo de la tesis Modelo simplificado para el diseño de vidrios de edificación ante impacto humano. Colabora con la universidad en diversos cursos y estudios, mientras lo compagina con su actividad profesional en el sector privado, donde lleva trabajando más de diez años en diferentes empresas. Actualmente desarrolla su profesión en el sector energético centrado en el área de I+D y en el diseño, estudio y ejecución de proyectos de productos térmicos para plantas de energía. Es autor de ocho publicaciones relacionadas con la línea de investigación y codirector de siete proyectos fin de carrera. Consuelo Huerta Gómez de Merodio. Doctora ingeniero industrial (UPM, 1989). Tras diez años de experiencia en la empresa como directora de proyectos, se incorpora a la universidad con dedicación completa en 1994; imparte docencia en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales en el área de conocimiento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras. Compagina los trabajos de investigación y docencia encauzando los resultados fundamentalmente hacia los más de treinta proyectos fin de carrera-trabajos fin de máster y nueve tesis doctorales dirigidas, desarrollados casi todos en el entorno de proyectos de investigación y de innovación docente. Es autora de más de setenta publicaciones en artículos y congresos de referencia. Actualmente está orientada y preocupada con la formación de los futuros ingenieros.

RESUMEN EJECUTIVO En los últimos años el gran progreso en la tecnología del vidrio nos ha proporcionado un material de construcción cada vez más interesante entre arquitectos e ingenieros: el vidrio como elemento estructural. La combinación única de transparencia, durabilidad y buena relación calidad-precio han hecho del vidrio un material de interés popular no solo para el diseño de fachadas ligeras, sino también para el diseño de aplicaciones estructurales más livianas y atractivas. Las construcciones singulares no siguen los flujos económicos del sector de la construcción, por lo que a pesar de las crisis sucesivas existen muchas realizaciones con aplicaciones innovadoras, como se ha encontrado al revisar la documentación. Prueba de la importancia de las construcciones con vidrio actualmente, desde la Unión Europea —CEN/ TC 250/SC 11— se lleva desde el año 2016 trabajando en la redacción de un Eurocódigo de vidrio estructural (Eurocódigo 10). Este Documento igualará el vidrio a otros materiales estructurales como son el acero u hormigón y unificará las normativas estatales existentes. No se debe tratar de igual manera un acristalamiento vertical con una subestructura de montantes y travesaños que una barandilla empotrada, por ejemplo. En el primer caso, existe normativa contrastada acerca de los requisitos básicos de seguridad, mientras que, para las barandillas, a pesar de existir recomendaciones, esta tipología no está incorporada y se necesita consultar con el fabricante o realizar modelos propios de simulación. En esta propuesta de monografía se tratan dos partes diferenciadas: la primera relacionada con la revisión de aplicaciones y propuesta de clasificación atendiendo a criterios constructivos y la identificación de las prestaciones especiales de seguridad que se verifiquen por ensayo, y la segunda parte se centra en el estudio de una de las prestaciones: la resistencia a impacto humano. Al presentar las características mecánicas del vidrio se incluye parte del estudio realizado para poder entender mejor por qué no se llega a producir la rotura, a pesar de que las tensiones que se alcanzan durante el impacto humano son muy superiores a las propuestas en la normativa para el diseño.

Se hace una selección de aplicaciones existentes con vidrio estructural (fachadas, cubiertas, barandillas, suelos, escaleras, pilares y vigas) y se procede a la revisión de la normativa para cada una de ellas, en su mayor parte europeas; de este modo se identifican las prestaciones de seguridad y criterios de diseño pertinentes. Dentro de las obras de cerramientos y cubiertas se ha observado la utilización de vidrios cada vez de mayores dimensiones, de vidrios curvados y de vidrios multifuncionales con características energéticas y ópticas mejoradas que ayudan a optimizar las prestaciones de habitabilidad y confort del edificio. Se ha hecho un repaso de las conexiones y se destaca la gran variedad que hay en fijaciones de apoyo puntual con multitud de tipologías de rótulas, arañas y presillas. En cuanto a las acciones, se ha observado que para algunas (explosión, intrusión, huracanes, tensión-deformación térmica, presión interna en unidades de vidrio aislante-UVA) se debe recurrir a normativas europeas o internacionales. En barandillas y acristalamientos se destacan las soluciones singulares de barandillas de vidrio laminado de una sola pieza y las barandillas de vidrio curvo, sobre todo, en escaleras. En cuanto a prestaciones de seguridad, se ha recurrido a las normas de cada país y se han encontrado métodos diferentes de verificación en cada caso. Cabe señalar que en ningún documento se especifican las flechas máximas admisibles, aunque sí se dan soluciones aceptadas. Actualmente hay un gran potencial de investigación en cuanto a intercalares innovadores, resistencia al fuego e impacto y resistencia post-rotura. Sería conveniente incorporar en normativa métodos de ensayo post-rotura para asegurar una cierta resistencia residual tras el fallo de la barandilla. En el caso de suelos se aprecian cada vez más realizaciones en forma de pasarelas y puentes, y destaca su uso en centros comerciales y edificios de interés turístico (balcones de vidrio en rascacielos). Merece ser destacado el desarrollo de nuevos anclajes: insertos metálicos embebidos en el vidrio laminado. En el repaso de la normativa se ha observado que las normas de requisitos de prestaciones y ensa-

12 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

yo son diferentes en la mayoría de países. Además, se deberían incluir métodos de ensayo post-rotura y ensayos de resistencia a impacto para configuraciones con apoyos puntuales, y así verificar las prestaciones de seguridad. Para escaleras de vidrio se recalca su uso cada vez más numeroso, sobre todo en arquitectura comercial e industrial. Son destacables las conexiones entre peldaños y barandillas mediante insertos embebidos en los vidrios y el uso de barandillas de una sola pieza. En la normativa se ha observado que se dan especificaciones generales para el diseño de escaleras, pero no para escaleras de vidrio y que se deberían incluir ensayos de resistencia post-rotura, al igual que en suelos y barandillas. Con relación a los elementos estructurales principales —pilares— ha habido poca evolución tipológica, puesto que en realizaciones de los años noventa, ya se encontraban las configuraciones de cartelas (fins) o pilares exentos de sección cruciforme. Se destaca el gran potencial de trabajo existente en términos de investigación, que está generando nuevas geometrías. Se ha observado que las comprobaciones estructurales se pueden realizar por verificación de cálculo. Sin embargo, la resistencia post-rotura o acciones accidentales normalmente se estiman con procedimientos experimentales. Finalmente, en los elementos principales ―vigas― sí se ha apreciado una evolución tipológica. Por limitaciones del material no se fabricaban vigas continuas de larga longitud, por lo que se recurre a secciones unidas mecánicamente o diseños singulares, pudiendo alcanzar por ejemplo longitudes de 14 m combinando secciones de 4 m. Es destacable el avance de adhesivos estructurales y su alta transparencia, lo que ha permitido fabricar vigas de grandes longitudes, aparentemente continuas, pero formadas en realidad por láminas contrapeadas. Hay un gran potencial de investigación en esta línea que está tratando de optimizar la respuesta estructural de las vigas reforzándolas en la cara traccionada con distintos materiales e incluso con cables de pretensado y postensado. Se ha observado que, de nuevo, las comprobaciones estructurales en los diseños sencillos se pueden realizar por verificación de cálculo. Sin embargo, para diseños complejos se requiere de validación por experimentación en las conexiones, determinación de resistencia post-rotura y ante acciones accidentales. El objetivo principal de la segunda parte de esta monografía es profundizar en el estudio experimental y teórico de impactos de personas sobre acristalamientos de seguridad para edificios. Se pre-

senta un trabajo experimental apoyado por modelos simplificados o de elementos finitos convenientemente actualizados, y se propone un método alternativo para registrar el nivel de excitación en ensayos de impacto humano. En este momento, no existe un criterio estándar para diseñar paneles de vidrio bajo impacto humano. Para la aprobación solo es necesario verificar el requisito de seguridad de la norma europea EN 12600 (EN 12600, 2003). En esta norma, a través de una prueba de impacto de un péndulo sobre un vidrio, se clasifica el nivel de seguridad en función de la altura máxima del péndulo y el tipo de rotura del vidrio. En la prueba estándar solo se puede considerar el espesor del vidrio a verificar, pues las dimensiones, las condiciones de contorno y la altura de impacto del vidrio son fijas. Pero en condiciones operativas, todos estos parámetros pueden cambiar, y el comportamiento del vidrio puede ser significativamente diferente. En algunas ocasiones, cuando se quiere verificar la integridad del vidrio ante el impacto, se realiza un ensayo con el péndulo de la norma sobre las placas instaladas in situ con las dificultades y diferencias que aparecen respecto al ensayo del laboratorio. Teniendo en cuenta las dificultades para la aplicación del ensayo del péndulo in situ, fuera de un laboratorio, se diseña una máquina alternativa y se fabrica un prototipo completamente funcional de la misma, buscando una respuesta del vidrio equivalente a la del péndulo. Sus innovaciones tecnológicas se recogen en la patente ES2606331. La parte experimental del estudio proviene de dos campañas de ensayos de configuraciones de placas de vidrio que abarcan diferentes espesores, dimensiones, tipologías y condiciones de contorno, con un total de cuatro configuraciones diferentes ensayadas y doscientos impactos. Partiendo de los datos aportados se realiza un estudio para la cuantificación del nivel de carga aplicada sobre el vidrio. Se observa una pérdida de energía en el rebote del péndulo, registrada con la altura inicial y final del mismo, y se comprueba que se corresponde con la disipación de energía debida al amortiguamiento durante la etapa de contacto. Para ello se han utilizado ensayos modales y modelos simplificados. Además, se observa que el impulso (cantidad de movimiento) del péndulo no coincide con el aplicado sobre la placa de vidrio obtenido a partir del registro del acelerómetro localizado en la cabeza impactadora. Esto indica que la energía inicial del péndulo no se aplica totalmente a la placa de vidrio durante el contacto, sino que se reparte con el resto

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 13

de elementos involucrados. Para confirmar este punto se utiliza un modelo teórico-experimental basado en las alturas inicial y final del péndulo ―que posteriormente es reemplazado por el amortiguamiento― y en la historia temporal de la aceleración de la cabeza registrada durante los impactos. Se define un coeficiente de reparto con la energía recibida por la placa y la del péndulo, y se comprueba que hay impactos en los que solo el 70 % de la energía teórica del péndulo se aplica a la placa de vidrio, y esto en condiciones de laboratorio. Por lo tanto, la altura inicial del péndulo, y especialmente en condiciones de ensayos in situ, no puede ser el valor que defina el nivel de impacto que se aplique. Se ha utilizado la campaña de ensayos para comparar impactos del péndulo y de la máquina alternativa. Para comprobar la equivalencia del nivel de carga se propone el uso de un acelerómetro en la

cabeza impactadora que registre el impacto durante la etapa de contacto, y se propone un procedimiento de comparación de la historia temporal de dicha aceleración. Con él se verifica si el efecto sobre la placa de vidrio es similar estableciéndose el nivel de similitud entre dos ensayos. El denominado «Índice de Similitud» (IS) compara dos impactos: el de estudio respecto al de referencia, y se puede utilizar también para la comparación de predicciones con ensayos, e incluso entre resultados de distintos modelos. Con los estudios presentados se propone como control de ensayos de impacto, en lugar de la altura de caída del péndulo, la comparación de la aceleración de la cabeza impactadora con la evolución del acelerómetro nominal propuesto por DIN 18008-4 (Glass in building. Design and construction rules. Part 4. Additional requirements for fall protection).

1. INTRODUCCIÓN Los cambios en la tecnología de la industria del vidrio han proporcionado un material de construcción cada vez más interesante entre arquitectos e ingenieros y con mayor presencia en elementos estructurales. La combinación única de transparencia, durabilidad y buena relación calidad-precio han hecho del vidrio un material tanto para el diseño de fachadas ligeras como para el diseño de estructuras livianas y atractivas con distinto grado de complejidad como, por ejemplo, puentes, pasarelas, miradores y por supuesto cerramientos. La utilización del vidrio a lo largo de la historia ha sido cuanto menos relevante, y su calidad, acabados y dimensiones han estado muy vinculados a la evolución de los procesos de fabricación y trasformación. A partir de la segunda mitad del siglo xx, gracias a los progresos en el campo de la automatización de la producción y a la instalación de hornos de fuego continuo, la fabricación del vidrio se convirtió en una industria de masas con el desarrollo de una producción en grandes series. A partir de principios del 2007, con el retroceso progresivo de la actividad en el sector de la construcción, disminuye su consumo. Sin embargo, el uso del vidrio en la construcción singular no se ve tan afectado debido a que los avances tecnológicos en esta industria han dado pie a su uso en aplicaciones con nuevas funcionalidades. Se hace mención a algunas referencias sin­ gulares, por distintas razones: complejidad técnica, repercusión mediática o ambos (Figura 1.1, Figura 1.2).

— El puente levadizo de vidrio más grande del mundo diseñado por el arquitecto israelí Haim Dotan, provincia de Zhangjiajie en China (Figura 1.1), con 430 metros de largo, está preparado para soportar el peso de unas ochocientas personas. El tablero de vidrio está dispuesto sobre una estructura de seis metros de luz y tiene un espesor de cinco centímetros [1]. — Cartelas (glass fins) de hasta quince metros de longitud del Apple Store de Nueva York diseñado por Bohlin Cywinski Jackson con vigas vidrio laminado de cinco capas de vidrio templado de doce milímetros de 3,25 × 15 metros [2]. — Grandes complejos comerciales, como la tienda de Prada situada en Tokio diseñada por Herzog & de Meuron en 2003, con paneles de vidrio curvo, transparente o translúcido en forma de diamante. — La Nordpark Railway Station en Insbruck, Austria, diseñada por Zaha Hadid en el año 2007, con paneles de vidrio con doble curvatura templados térmicamente. El diseño de cerramientos ha versado en la creación de estructuras portante transparentes como cartelas (glass fins) o vigas de vidrio, así como en el desarrollo de las fachadas atirantadas mediante cables. Este último ha sido un gran avance en cuanto a la estructura portante, puesto que los cables tensados son hoy en día capaces de resistir cargas de viento, entre otras, gracias a las diferentes

Figura 1.1.  Izquierda, Puente Zhangjiajie en China, julio de 2016 [1]; derecha, Apple Store de Nueva York, 2011 [2].

16 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

Figura 1.2.  Izquierda, Tienda de Prada en Tokio, 2003; derecha, Nordpark Railway Station en Insbruck, 2007.

estabilizaciones y rigideces dotadas a la estructura. Sin duda ha sido importante la homogeneización de los resultados obtenidos en los hornos de templado y laminado que hace posible encontrar en el mercado láminas rectangulares de hasta 15 m. No solo se ha experimentado un cambio en la estructura portante, sino también en los conectores estructurales de las láminas de vidrio. Los sistemas de fijación abotonados o por puntos han evolucionado desde la perforación de la lámina de vidrio que se requería inicialmente hasta la perforación de media lámina o la no perforación, es decir, la conexión química mediante adhesivos estructurales. Con este cambio se consigue mejor adaptación a la evolución del empleo de vidrios monolíticos, mayoritariamente utilizados en los años treinta, en los vidrios aislantes. La viabilidad técnica de las soluciones singulares requiere del empleo de nuevos modelos de comportamiento. La Figura 1.3 muestra ejemplos de últimas realizaciones en las que la fabricación de prototipos es imprescindible para validar el diseño; en esta Figura se presentan también imágenes de últimas investigaciones innovadoras. El Hospital Stead Family Children de la Universidad de Iowa diseñado por Foster y Partners utiliza un vidrio curvo aislante diseñado para ser resistente a los tornados, cuya configuración final ha requerido mucho tiempo y dinero, además de la colaboración entre cliente, fabricante del intercalar y fabricante del vidrio curvo. La configuración final es un vidrio aislante (UVA) con vidrio laminado en el exterior e interior formado por dos capas de vidrio templado de

12 mm unidos por intercalar ionoplástico de 4 mm y una cámara de aire de 12 mm [3]. En el área de la investigación se está estudiando la capacidad portante del vidrio curvo aprovechando la geometría. La imagen inferior izquierda de la Figura 1.3 valida con un prototipo el estudio teórico con distintas configuraciones de acciones junto con la temperatura [4]. También se están investigando prototipos y se está trabajando en el empleo de vidrios de espesores reducidos ―entre 0,5 mm y 2 mm― en fachadas adaptativas que se muevan en función de los cambios del entorno, y tener así una mejor respuesta energética [5]. Para llegar a este punto ha sido necesario un desarrollo de la tecnología de la fabricación del vidrio y de las conexiones. La validación de cualquier elemento singular ha de realizarse por experimentación, puesto que no se dispone todavía de conocimiento para poder desarrollar modelos de comportamiento fiables. Resumiendo, las principales innovaciones tecnológicas en los últimos veinte años se pueden concretar en: — Mejora de los procesos de transformación del vidrio (templado y laminado) que permiten obtener elementos de mayor calidad y dimensiones, y por lo tanto desarrollo de nuevas aplicaciones estructurales. — Innovadores sistemas de conexión de vidrios, tanto mecánicos como químicos. — Mejora de las características ópticas y energéticas con el desarrollo de nuevos intercalares y de capas.

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 17

Figura 1.3.  Aplicaciones de vidrio estructural [3] [4] [5].

Estas innovaciones tecnológicas junto con el desarrollo de conocimiento científico sobre la caracterización mecánica, modelos de daño y los avances en el desarrollo de normalización, como ya se ha mencionado, han dado un impulso al empleo del vidrio en construcciones y elementos singu­lares. Esta monografía se plantea, para integrar en un único documento, una revisión de elementos constructivos con vidrio y las prestaciones especia-

les que les diferencian de otra tecnología de materiales. Precisamente por la transparencia y fragilidad del vidrio, el impacto de cuerpo blando es una prestación diferenciadora, y se debe comprobar en el diseño de los elementos que, cuando fallen, la consecuencia no sea la pérdida de la vida humana. En este documento se presentan también los resultados de los trabajos realizados para mejorar el conocimiento del impacto humano.

2. VIDRIO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL Como se ha indicado anteriormente, las propiedades del vidrio están muy relacionadas con los procesos de fabricación y transformación. 2.1. Fabricación del vidrio En edificación, el vidrio de silicato sodocálcico es el más empleado y, dependiendo de su proceso de fabricación, puede ser vidrio flotado y vidrio impreso o colado. El 90  % del vidrio utilizado en construcción es el flotado, del que se hará un análisis más exhaustivo. •  Vidrio flotado El proceso de obtención del vidrio flotado se desarrolló por la firma británica Pilkington Brothers en 1959. La hoja se forma al hacer flotar el vidrio sobre una capa de estaño fundido. El vidrio flotado o recocido es el tipo de vidrio plano más comúnmente disponible y uno de los más débiles, con una gran posibilidad de rotura al ser sometido a cargas para las cuales no estaba diseñado o al ser instalado incorrectamente. Al fracturarse, el vidrio recocido tiende a formar trozos con bordes afilados y puntiagudos que pueden causar cortes en contacto con la piel. Su comportamiento después de la rotura está dominado por su nula tensión residual, incapaz de soportar cargas que potencialmente puedan producir el colapso parcial o total de la estructura, su rotura por impacto y la consiguiente caída de los afilados trozos de vidrio desde una cierta altura. Por todas estas razones el vidrio monolítico recocido no se utiliza en zonas de riesgo en acristalamiento ni como vidrio estructural. La resistencia del vidrio plano recocido viene determinada por la presencia de defectos y de la duración de la aplicación de la carga, pudiéndose obtener una alta variabilidad. Es por ello por lo que el valor utilizado sea conservador, y se fije su valor de resistencia a la flexión característico en 45 N/mm2 [según la norma UNE-EN 572-1:2012 Vidrio para la

edificación. Productos básicos de vidrio de silicato sodocálcico [6]]. Sin embargo, este puede ser procesado y tratado para obtener otros tipos de vidrio con mayor resistencia, mayor seguridad ante rotura y mejores características post-rotura. Estos vidrios son los termoendurecidos, templados y laminados, de los que se hablará posteriormente. •  Vidrio impreso Se obtiene por laminación de la colada o masa fundida en estado plástico entre dos rodillos que posteriormente se enfría de forma controlada en el proceso de recocido hasta su estado final. Aunque en el vidrio impreso se obtengan menores dimensiones máximas de fabricación que en el flotado, existe un amplio margen según los modelos, normalmente rondan los 3,00 × 2,00 m. Los rodillos utilizados en el proceso imprimen una serie de motivos en relieve en el vidrio, por lo que puede presentar direccionalidad y por lo tanto será necesario considerar la orientación del dibujo en el dimensionado de este tipo de acristalamientos. Su resistencia es similar a la del vidrio recocido (dependiendo de la impresión). Para fabricar láminas de vidrio plano, antes del empleo del procedimiento de vidrio flotado, este era el proceso de fabricación para vidrio plano utilizando los rodillos de laminado lisos. •  Vidrio moldeado Muy utilizado en la construcción de suelos y paramentos ver­ticales es el vidrio moldeado. Se trata de piezas de vidrio translúcido que pueden ser macizas o huecas y se obtienen por el prensado de una masa fundida de vidrio en unos moldes especiales de los que toma su forma. En el caso de moldeados para suelos, el dimensionamiento depende de las condiciones de contorno (número de lados apoyados de la placa), el tipo de moldeado, la sobrecarga y las dimensiones del hueco a cubrir.

20 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

2.2. Procesos de transformación del vidrio

•  Vidrio templado

Los procesos de transformación difieren según las propiedades que se quieran modificar. Con los procesos de termoendurecido, templado, laminado, se mejoran las prestaciones mecánicas. Se transforma el vidrio plano en vidrio curvo para cubrir las necesidades geométricas de la arquitectura de formas libres. Para modificar las prestaciones energéticas y ópticas se transforma con tratamientos de capas. En este apartado se presentan los procesos de transformación de prestaciones mecánicas y de la geometría.

Se obtiene de igual forma que el termoendurecido, pero en este caso el enfriamiento es más rápido para no permitir la relajación de tensiones. El templado puede ser térmico o químico. La rotura de la hoja de vidrio templada térmicamente es una rotura segura, como se comentará posteriormente, ya que se trata de una rotura en forma de esquirlas, sin aristas, lo cual reduce el peligro de lesiones. Durante el proceso de fabricación del vidrio se pueden generar partículas de sulfuro de níquel (SNi) y durante el templado, el SNi cambia —al llegar el vidrio a los 380 °C— de la estructura beta a la estructura alfa. Al enfriarlo rápidamente durante el proceso de templado, dichas partículas no pasan a la fase beta y la estructura alfa queda «congelada» de forma inestable dentro del vidrio. Con el paso del tiempo la fase alfa lentamente se convertirá a la fase beta con el consiguiente incremento de volumen (del 2 % al 4 %). Si la inclusión de SNi se localiza en la zona central de tensión del vidrio y el incremento de volumen es suficientemente grande, se originará una rotura catastrófica en el mismo. Esta transformación reversible de beta a alfa puede ocurrir desde unos pocos minutos o durante varios años después de la instalación del vidrio. Para evitar dicha rotura, los vidrios se someten a un ensayo de choque térmico —Heat soak test—, que minimiza los riesgos de las roturas espontáneas. Las tensiones residuales resultantes en la superficie del vidrio son de 100160 N/mm2, mayores en magnitud a las obtenidas en el vidrio termoendurecido, por lo que su resistencia a flexión es también mayor —120 N/mm2—, reduciéndose la probabilidad de fallo frente a tensiones térmicas y mecánicas aplicadas en el vidrio (ver Figura 2.1). El temple químico se consigue a través de un intercambio de iones en la superficie del vidrio. Sumergiendo el vidrio en un baño de sales potásicas fundidas se intercambian los iones sodio del vidrio con los iones de potasio de mayor radio iónico y se crean fuerzas de compresión en una delgada capa de la superficie. Este tipo de templado permite alcanzar los 200  N/mm2 de resistencia mecánica y, sin embargo, no posibilita un procesado posterior y únicamente se usa en hojas delgadas como las de los automóviles, por eso a partir de este punto el trabajo se centra en el temple térmico. En la Tabla 2.1 se muestra a modo de resumen un contraste entre los valores de la resistencia mecánica característica, tensiones residuales superficiales de compresión, tensiones de tracción en el

•  Vidrio termoendurecido Se obtiene al someter al vidrio a un calentamiento (650 °C) y enfriamiento controlado para aumentar su resistencia a tensiones mecánicas y térmicas. En este proceso se inducen en el vidrio una tensión superficial de compresión y una tensión interna de tracción permanentes, de esta forma, cuando la carga actúa y el vidrio se ve sometido a esfuerzos de tracción en la superficie, estos quedan absorbidos por el pretensado de compresión sin que se supere la resistencia a la tracción del vidrio. De este modo se dota al vidrio de una mayor resistencia a flexión que la del vidrio recocido y se reduce su probabilidad de fallo. Mediante ensayos experimentales y ajustes estadísticos se determina que la resistencia mecánica en el vidrio ronda los 70 N/mm2 dependiendo de las condiciones de la superficie del vidrio, la duración de la carga, las condiciones exteriores y por supuesto, del grado de temple; este grado se muestra a través del nivel de tensiones residuales superficiales de compresión, 40-60 N/mm2 para vidrio termoendurecido. Los requisitos de calidad para el vidrio termoendurecido se recogen en la norma siguiente: ASTM C 1048 (Standard Specification for HeatStrengthened and Fully Tempered Flat Glass [7]) y UNE-EN 1863-1 (Vidrio para la edificación. Vidrio de silicato sodocálcico termoendurecido [8]). En la primera se define el vidrio termoendurecido en relación al nivel de tensiones residuales inducidas en la superficie del vidrio o en su borde durante su fabricación; la segunda, sin embargo, requiere un 95 % de resistencia característica de 70 N/mm2 y define el vidrio termoendurecido a través de sus características de fractura, por lo que se deberá someter a impacto utilizando una herramienta puntiaguda de acero.

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 21

Figura 2.1.  Distribución de tensiones en vidrio termoendurecido, templado térmicamente y templado químicamente [9].

Tabla 2.1.  Propiedades del vidrio termoendurecido y templado térmicamente. Propiedad

Vidrio termoendurecido

Vidrio templado térmicamente

70 MPa

120 MPa

Tensión residual superficial de compresión

40-60 MPa

100-160 MPa

Tensión residual de tracción en el núcleo

20-30 MPa

50-80 MPa

Resistencia mecánica a flexión

núcleo y tensiones admisibles de los vidrios termoendurecidos y templados térmicamente. Como ya se ha comentado, una de las peculiaridades del vidrio templado térmicamente que lo hace atractivo frente a otros tipos de vidrio es su modo de rotura. Mientras que la rotura del vidrio recocido del termoendurecido se produce en grandes fragmentos con bordes afilados, generalmente el vidrio templado rompe en pequeños fragmentos relativamente romos, sin bordes afilados, que minimizan el riesgo de heridas y daños materiales. Estos fragmentos semiredondeados tienen una sección media de 1 cm2 cuando el fallo es el resultado de cargas internas (por ejemplo inclusiones) y cargas de impacto. Sin embargo, su comportamiento es diferente para cargas grandes concentradas en un plano. En estos casos aparecen grietas siguiendo las líneas de la tensión principal, y los fragmentos pueden tener dimensiones de hasta 6 mm × 60 mm (Figura 2.2). En el caso del vidrio templado plano los requisitos de calidad se recogen en ASTM C 1048 (Standard Specification for Heat-Strengthened and Fully Tempered Flat Glass) [7] y en la norma UNE-EN 12150-1 (Vidrio para la edificación. Vidrio de silicato sodocálcico de seguridad templado térmicamente [11]).

Al igual que en el vidrio termoendurecido, la ASTM C 1048 se encarga de definir el vidrio templado en relación al nivel de tensión residual inducida en la superficie o borde del vidrio durante su fabricación. Por otro lado, la norma UNE-EN 12150-1 requiere de un 95 % de resistencia característica de 120 N/mm2 y define el vidrio templado apoyándose en sus características de fragmentación. Las características tras el fallo tanto del vidrio templado como del recocido monolítico están dominadas por la ausencia de resistencia residual en la rotura. Esto significa que el vidrio roto puede no ser capaz de resistir cargas residuales, causando el colapso total o parcial de la estructura de vidrio. Se requieren en tal caso de medidas especiales a tener en consideración para reducir el riesgo de daños durante el fallo; se recurre entonces a vidrios laminados, los cuales, aparte de mejorar las prestaciones mecánicas, pueden ayudar a un mejor aislamiento térmico y acústico. •  Vidrio laminado Se adhieren varias láminas de vidrio mediante una o varias capas intermedias de plástico o resina llamadas «intercalares». La producción del vidrio la-

22 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

Figura 2.2.  Fragmentación vidrio recocido, termoendurecido y templado [10].

minado se realiza aplicando una ligera presión y temperatura al sándwich formado por las láminas de vidrio y las capas de intercalar. La resistencia, así como las características de rotura y el comportamiento tras el fallo dependen del tipo de vidrio, de su espesor y también del tipo y espesor del intercalar utilizado. Para aplicaciones estructurales, los vidrios laminados utilizados suelen ser: — Vidrios templados para proporcionar la suficiente resistencia a grandes cargas apli­ cadas. — Vidrios termoendurecidos o recocidos para garantizar un buen comportamiento postrotura. Las láminas de intercalares que normalmente se utilizan son de polivinil butiral o PVB, con espesores de 0,38, 0,76, 1,52 mm de grosor [12]; no obstante, se pueden obtener capas más gruesas, fuertes y rígidas mediante un intercalar ionoplástico, material polimérico que a diferencia del PVB se suministra en forma de lámina rígida. Por otro lado, el vertido in situ de resinas y sobre todo de resinas suaves como el polimetilmetacrilato es utilizado para la mejora del comportamiento acústico del vidrio (se minimiza el fenómeno de resonancia), así como protección contra la radiación ultravioleta. Sin embargo, puede no proporcionar una adecuada resistencia post rotura. Esto significa que, dependiendo de la función que vaya a desempe-

ñar el vidrio laminado en cuestión, las características del material intecalar deben ser diferentes. Ante cargas permanentes y altas temperaturas, el vidrio laminado presenta un comportamiento en capas y se minimiza el esfuerzo de cizalladura transmitido entre las mismas. Sin embargo, para pe­ riodos de aplicación de la carga más cortos y temperaturas bajas, los intercalares proporcionan una transferencia de esfuerzos más efectiva; de hecho, ante una carga en forma de ráfaga, el vidrio laminado se comporta de igual modo que un vidrio monolítico del mismo tipo y espesor. Además, el vidrio laminado de seguridad ofrece sobre el laminado común una resistencia residual que se puede observar a través sus prestaciones, frente al ensayo de impacto de péndulo. El intercalar de un vidrio laminado debe tener la suficiente capacidad de adhesión como para mantener unidos los fragmentos que puedan desprenderse y suficiente resistencia para soportar el posible desgarro al producirse el fallo. Se debe considerar la posibilidad de que esta capa pueda deformarse o fluir si la temperatura de uso del vidrio es alta; en dichas circunstancias el vidrio laminado puede desprenderse de sus fijaciones o marco. Esto significa, de nuevo, que dependiendo de las aplicaciones del vidrio laminado, se deben escoger intercalares con propiedades adecuadas para cada caso. También se pueden incorporar capas de plástico, por ejemplo, de policarbonato o polimetilmetacrilato para mejorar la resistencia al astillamiento en la rotura.

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 23

Como cabe esperar, se debe proteger el borde de los vidrios laminados de las condiciones climáticas y de la humedad para prevenir la separación de las láminas, aunque una separación localizada no afecta normalmente a la resistencia del vidrio. •  Vidrio curvado Una de las ventajas del curvado del vidrio versa en la posibilidad de usar una gran pieza de vidrio para alcanzar la curvatura requerida, en vez de tener que usar varias láminas planas para el mismo fin. Se han desarrollado tres tipos principales de curvado de vidrio: el curvado por moldeo en caliente, el curvado en frío y el curvado por flexión (sag bending) [13]. — Vidrio curvado por moldeo en caliente. Consiste en calentar el vidrio por encima su temperatura de transición vítrea (Tg) y se coloca sobre un molde del que tomará la forma final por acción de la gravedad. De esta forma se puede conseguir un vidrio curvado templado mediante un enfriamiento rápido del mismo. El resultado es una transformación estable de la estructura molecular del vidrio que produce unas tensiones permanentes que incrementan la resistencia mecánica a la flexión, compresión e impacto del vidrio. — Vidrio curvado en frío. El curvado en frío se consigue aplicando una fuerza en un extremo o un lado del vidrio. Dependiendo del grosor y tipo de vidrio, el movimiento de flexión aplicado para forzar al vidrio a curvarse puede llegar a ser de varias veces el espesor del vidrio, los esfuerzos de flexión inducida ocupan aproximadamente el 25 % de la tensión de flexión admisible, y el vidrio puede doblarse hasta alcanzar un radio de varios metros a lo sumo. Es posible curvar tanto vidrios laminados como unidades de vidrio aislante (UVAs). Una referencia importante del empleo de vidrio curvado en frio en España es la Torre Iberdrola de Bilbao, 2011, diseñada por Pelli Clarke Pelli Architects y Buro Happold. — Vidrio curvado por flexión o sag bending. El curvado por flexión o combado se realiza calentando el vidrio y sosteniéndolo por su perímetro hasta conseguir la curvatura deseada, aunque es difícil controlar la forma exacta del vidrio final y cuantificar las posi-

bles tensiones inducidas en la superficie del mismo, pues no deja de ser un vidrio tratado térmicamente. Cabe destacar que ni el curvado por moldeo ni el curvado por flexión son capaces de producir vidrios de la misma calidad visual que el vidrio plano flotado. Sin embargo, su calidad es suficiente para hacer del mismo una solución recurrente en fachadas de edificios. A pesar de no ser objeto del estudio de esta monografía, se quiere comentar el gran avance tecnológico en las propiedades ópticas y energéticas de los vidrios. Mediante la adición de revestimientos antireflectantes dicroicos, capas funcionales electrocrómicas y capas delgadas de metales u óxidos se pueden modificar, por ejemplo, la transmisión de la luz [14]. — El arquitecto James Carpenter utilizó vidrio dicroico para dar vida a un muro de un gimnasio en la ciudad de Nueva York (1995). El plano de vidrio semirreflectante texturado con 216 láminas de vidrio dicroico que van reflejando el ambiente climático dependiendo del ángulo de incidencia del sol (Figura 2.3 superior izquierda). — La Iglesia Herz-Jesu en Múnich, de Alexander Beleschenko (2000) con vidrio aislante y revestimiento esmaltado transparente en relieve (Figura 2.3 superior derecha). — La piscina cubierta del balneario de Bad Elster en Stuttgart, Alemania, de Behnisch und Partner (1999) con 446 paneles de vidrio laminado de vidrio de seguridad a base de lamas de protección solar estampadas y seriegrafiadas en diferentes colores (Figura 2.3 inferior izquierda). — El centro comercial de Lille, Francia (1991), de Jean Nouvel, con capas constituidas por elementos ópticos holográficos que hacen posible diversas variantes de deflexión de la luz mediante difracción; la luz se refleja solo bajo el ángulo de incidencia establecido y es guiada por hologramas (Figura 2.3 inferior derecha).

2.3. Desarrollo de nuevos intercalares El comportamiento del vidrio laminado después de la rotura está muy influenciado por el material intercalado; está determinado por la efectividad

24 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

Figura 2.3.  Ejemplos de aplicaciones que emplean vidrios que han necesitado procesos de transformación para mejorar las propiedades ópticas y energéticas [14].

de la transferencia del esfuerzo cortante de la lámina intercalaria, y en el caso del polivinil butiral (PVB), debido a su naturaleza viscoelástica, esta efectividad está influida fuertemente por la velocidad de aplicación de la carga y por la temperatura. Tan pronto como el vidrio rompe (en el caso de cerramientos verticales puede ser debido al peso propio del vidrio o a las fijaciones puntuales del mismo en 4 o 6 puntos), los intercalares de PVB de baja rigidez se comportan como «sábanas», es decir, fluyen de manera que su alargamiento puede llegar al 250 %. El intercalar de PVB, tal y como lo conocemos hoy en día, fue desarrollado y patentado hace aproximadamente ochenta años, y su aplicación original era la de mejorar la resistencia de los parabrisas en el sector del automóvil. Su uso en el sector de la construcción comenzó hace 35 años para intentar cubrir las necesidades de aumento de la iluminación natural en edificios y para el desarrollo de normas de seguridad de uso en los códigos de construcción. Primero se comenzaron a emplear como vidrios de

seguridad por posible desprendimiento de piezas afiladas, y más tarde como vidrios para resistir el impacto. Con el progresivo desarrollo de los vidrios laminados, los intercalares de PVB han mostrado ser válidos para vidrios no estructurales, pero no cubren por completo las necesidades de los vidrios estructurales. El intercalar estándar de PVB (ft 25 MPa) sigue usándose en más del 70 % de aplicaciones. Su principal función es la de mejorar el comportamiento de los vidrios de seguridad en acristalamientos verticales, aunque también se pueden encontrar en cubiertas y barandillas. Su principal aplicación es en soluciones de apoyo en cuatro lados. Los intercalares estructurales tales como PVB rígido (ft 35 MPa) o el intercalar ionoplástico (ft 44 MPa) con mucho mayor módulo cortante G y módulo elástico E permiten un menor espesor del vidrio laminado y/o aumentar la luz del mismo. Además las flechas y tensiones se reducen y se mejora la respuesta de resistencia residual después de la rotura de la lámina.

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 25

El intercalar EVA o acetato de vinilo etileno es básicamente utilizado para mejorar el encapsulado de células fotovoltaicas. También ofrece mejoras acústicas y decorativas que no se consideran en esta monografía. Se muestra en la Tabla 2.2 una comparativa con las prestaciones de cada uno de los intercalares mencionados. Como la rotura del vidrio está influenciada por el patrón de rotura de las láminas, las condiciones de enlace y la temperatura, es necesario hacer uso de ensayos experimentales para caracterizar el comportamiento post-rotura del mismo. Además, incluso para el mismo tipo de vidrio, la rotura del mismo

no es predecible, por lo que ni los modelos analíticos ni los softwares comerciales de elementos finitos reproducen en todos los escenarios su comportamiento. Los primeros métodos de cálculo para vidrio laminado asumían como valor cero el acoplamiento transmitido por el intercalado entre los vidrios. Esta era una hipótesis muy conservadora que derivaba en muchos casos en espesores de los vidrios demasiado grandes para las cargas especificadas. Dado el mayor conocimiento de las propiedades y mejor caracterización de los intercalares, se han podido incorporar a los códigos estructurales o normas de diseño modelos detallados de comportamiento.

Tabla 2.2.  Características físicas de distintos intercalares [15]. PVB Poly-Vinyl Butyral

SGP Polímero Ionoplástico

EVA Etileno Vinil Acetato

0,5

0,5

—

>20

>2000

20,8

>300 %

>400 %

>415 %

Coeficiente de Poisson Coef. Exp. Térmica

80 × 10–6

Resistencia a tracción (MPa) Elongación

Ventajas

Buen comportamiento a bajas temperaturas y cargas de corto tiempo. Coste bajo. Buen comportamiento a impactos (elástico). Degradación por pérdida de plastificantes.

Desventajas

Baja adhesión al vidrio. Bajo módulo elástico. Alta absorción de humedad.

En general, los materiales que se utilizan como intercalarios son muy sensibles a las variaciones térmicas. Debido a la baja temperatura de transición vítrea, presentan a temperatura ambiente un comportamiento con deformaciones a la rotura que pueden alcanzar valores de hasta el 200 %-300 %, que generalmente se producen cuando se someten a cargas prolongadas. Bajo este tipo de acción, el cambio de volumen sigue siendo despreciable en comparación con el cambio de forma. La caracterización de los intercalares se hace con la determinación del módulo de relajación bajo condiciones de cortante G(t); así, se estudian las variaciones de sus características bajo diferentes con-

Alto módulo. Químicamente estable.

Coste muy bajo de costes indirectos.

Alta adhesión al vidrio. Baja absorción de humedad.

Alto coste.

Baja Resistencia al impacto. Alto índice de amarillamiento. Bajo rendimiento. Calidad óptica. Láminas pequeñas.

diciones de frecuencia, temperatura y carga, teniendo en cuenta las condiciones de linealidad o no linealidad en el comportamiento del material. La norma UNE-EN16613:2020 (Vidrio para la edificación. Vidrio laminado y vidrio laminado de seguridad. Determinación de las propiedades viscoelásticas del intercalario) [16], introduce el concepto de espesor de vidrio equivalente que es calculado a partir de un factor omega. Este factor permite clasificar los intercalados en grupos o familias según las propiedades mecánicas de los mismos. Esta norma permite también el uso de los módulos E y G para soluciones complejas de ingeniería.

26 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

2.4. Propiedades mecánicas del vidrio 2.4.1. Ensayos y valores de tensión en normativa La resistencia a la flexión y la dureza del vidrio vienen determinadas por su contenido en dióxido de silicio; a más contenido de dicho compuesto ambas se ven incrementadas. En contraposición, una elevada composición de dióxido de silicio también provoca una fragilidad indeseada, lo que provoca la inmediata rotura de la hoja de vidrio al superarse el límite elástico del material. Existen dificultades para determinar el valor de la resistencia mecánica del vidrio, considerándose factores fundamentales

la dispersión por las características del propio material, la velocidad de aplicación de la carga y el área asociada a la tensión máxima. Mientras que las dos primeras son consecuencia del proceso de fabricación, como la distribución de micro grietas, la tercera depende de las cargas aplicadas y del posible comportamiento no lineal de la estructura. Además, se añade la posibilidad de utilizar diferentes técnicas de ensayo que influyen en los resultados no solo por el comportamiento del vidrio, sino también por las aproximaciones que se hacen para estimar tanto las probabilidades de fallo como las tensiones máximas obtenidas en cada probeta (Figura 2.4).

Figura 2.4.  Ensayos de anillos concéntricos de pequeña superficie (izquierda), flexión a 4 puntos (centro), y anillos concéntricos de gran superficie (derecha) [2] [18] [17].

Se utilizan tres ensayos para la caracterización de su tensión de fractura: — Ensayo con anillos concéntricos dobles sobre probetas planas, con pequeñas superficies de solicitación, según UNE-EN 1288-5 [17]. — Ensayo con probetas soportadas en dos puntos, según UNE-EN 1288-3 [18]. — Ensayo con anillos concéntricos dobles sobre probetas planas, con grandes superficies de solicitación, según UNE-EN 1288-2 [19]. Cada norma se corresponde con una condición de comportamiento estructural diferente. En el ensayo de flexión a cuatro puntos se supone una tensión unidireccional uniforme en la zona central de la viga; en el de anillos concéntricos dobles con pequeña superficie de solicitación se supone un estado tensional constante en una zona circular pequeña de la placa con tensiones principales iguales y comportamiento lineal y en el ensayo de anillos concén-

tricos dobles con gran superficie de solicitación. Para conseguir un estado tensional constante en la zona interior del anillo de carga es necesario la aplicación de una tensión que la uniformice. Otras diferencias son: — la posibilidad de que las tensiones de borde puedan ser causa de rotura en los ensayos de anillos concéntricos (no así en el ensayo de flexión a cuatro puntos); — las diferencias en el área efectiva que está sometida a la tensión de rotura; — el estado tensional uni o bidireccional; — el comportamiento lineal en ensayos a cuatro puntos y anillos concéntricos de pequeña superficie, frente al no lineal en anillos concéntricos de gran superficie. A pesar de posibles discrepancias, hay conformidad en cuanto la utilización de un determinado ensayo para obtener la resistencia mecánica de cada tipo de vidrio (Tabla 2.3).

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 27

Tabla 2.3.  Resistencia a la flexión característica según normativa europea. Resistencia a flexión (N/mm2)

Tipo de vidrio Templado (UNE-EN 12150-1)

Termoendurecido (UNE-EN 1863-1)

Norma del ensayo

Incoloro, coloreado o de capa

120

UNE-EN 1288 (Ensayo con probetas soportadas en dos puntos. Flexión 4 puntos).

Esmaltado

 75

UNE-EN 1288 (Ensayo con probetas soportadas en dos puntos. Flexión 4 puntos).

Incoloro, coloreado recubierto

 70

UNE-EN 1288 (Ensayo con probetas soportadas en dos puntos. Flexión 4 puntos).

Esmaltado

 45

UNE-EN 1288 (Ensayo con probetas soportadas en dos puntos. Flexión 4 puntos).

Impreso y estirado

 55

UNE-EN 1288 (Ensayo con probetas soportadas en dos puntos. Flexión cuatro puntos).

Flotado

—

 45

UNE-EN 1288 (Ensayo con anillos concéntricos).

Moldeado

—

 25

UNE-EN 1288 (Ensayo con anillos concéntricos).

2.4.2. Propuesta para ensayos de anillos concéntricos de grandes superficies de solicitación El ensayo de anillos concéntricos con grandes superficies de solicitación es el que muestra más coherencia para el estudio del impacto humano, por el estado tensional plano y el comportamiento no ­lineal con grandes desplazamientos. Aun así, la ­distribución de tensiones en la placa va a ser claramente diferente, ya que en el caso del impacto se concentran más en la zona de contacto y bajan rápidamente en el resto de la superficie. Por ello se ha realizado una campaña de ensayos para tres tipos de vidrios, recocido, termoendurecido y templado, con treinta probetas de cada tipo, instrumentando el sistema de forma que se puedan contrastar los resultados con un modelo de elementos finitos. Las probetas son de 300 mm de lado con un anillo de carga de 90 mm de radio y el apoyo en un radio de 120 mm. Se utiliza la norma para realizar los ensayos y se trabaja con la distribución de Weibull de dos y tres parámetros para los ajustes de las variables fuerza del pistón y tensión de rotura. La primera diferencia respecto a la norma es el uso de la carga de rotura como variable de ensayo, en lugar de la estimación de la tensión de rotura. Otra diferencia es la asignación de la probabilidad de fallo a cada probeta que se realiza con la carga de rotura utilizando la técnica estadística de máxima verosimilitud en lugar de una distribución uniforme. Con el modelo de elementos finitos, que ha sido previamente contrastado y actualizado con ensayos modales y con ensayos estáticos previos, y a

partir de la carga de rotura y de la presión de uniformización, se puede estimar la distribución de tensiones. Se comienza con una estimación de los parámetros de Weibull para la distribución de la tensión de rotura, y a cada elemento se le incorpora el efecto del área de aplicación estimando su probabilidad de supervivencia. El proceso se esquematiza en la Figura 2.5, en la que se refleja la distribución de la tensión principal de tracción (σI) y de la probabilidad de supervivencia de un cuarto de la placa. A continuación, se aplica la teoría del eslabón más débil para obtener la probabilidad de fallo de la probeta como 1-Psupervivencia. Esta se puede comparar con la obtenida en el ensayo. Mediante un proceso iterativo, en el que se minimiza la diferencia entre probabilidades de fallo de las treinta probetas de cada vidrio, se ajustan los parámetros de la distribución de Weibull de la tensión de rotura. Los valores de la distribución de tensiones se dan para un área de referencia aproximada de 25.283 mm2 (el área de referencia varía ligeramente para cada tipo de vidrio, véase Tabla 2.4). En la Figura 2.6 se refleja el resultado final del ajuste de la probabilidad de fallo de las probetas de los tres tipos de vidrio: la imagen de la izquierda para la carga, y la imagen de la derecha para la tensión. En cada gráfica se representan los valores para los vidrios recocidos, termoendurecidos y templados (en ese orden). En línea continua se representan los valores obtenidos del proceso iterativo, mientras que la línea de puntos marrones refleja la probabilidad de fallo que se obtendría con la norma. Se incluyen los márgenes estadísticos proporcionados por la técnica de máxima verosimilitud y se puede obser-

28 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

Ps, sistema =

∏

t i = 1

Ps,i

Figura 2.5.  Probabilidad de supervivencia del sistema y distribución de tensión principal de tracción.

Figura 2.6.  Probabilidad de fallo de probetas: experimental y estimadas con MEF [20] [10] [21].

var la bondad del procedimiento utilizado (valores máximos en línea discontinua roja y valores mínimos en línea discontinua azul). En la Tabla 2.4 se recogen los valores de las tensiones obtenidos para tres probabilidades de fa-

llo representativas: 0,8 %, 5 % y 50 % utilizando la técnica de máxima verosimilitud. Se reflejan tanto el valor medio y los valores mínimo y máximo. Se incluye en la primera columna la tensión que establece la norma para cada tipo de vidrio.

Tabla 2.4.  Valores de tensiones para tres probabilidades de fallo.

Tipo vidrio Templado 120 MPa (Aref 24241 mm2)

Termoendurecido 70 MPa (Aref 25492 mm2)

Recocido 45 MPa (Aref 25 283 mm2)

Pf

Tensión (MPa) Media

Mínima

Máxima

0,8 %

164,7

158,4

168,2

5 %

179,8

175,2

183,3

50 %

223,5

222,4

224,7

89,1

81,8

92,8

5 %

103,2

101,3

104,9

50 %

149,7

146,0

154,4

0,8 %

40,4

39,1

42,2

5 %

44,5

41,8

48,4

50 %

76,0

71

81,5

0,8 %

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 29

Una de las ventajas secundarias del procedimiento propuesto es la validación del procedimiento utilizado para obtener la probabilidad de fallo de cualquier tipo de carga sobre la placa de vidrio una vez conocida la distribución de las tensiones principales. Está clara la importancia de contar con un modelo de elementos finitos actualizado con resultados de ensayos. Por último, cuando se aplican la técnica anterior al fenómeno del impacto humano se comprueba que las estimaciones de rotura son con cargas inferiores a las que se producen en los ensayos. En este punto es necesario recurrir a la mecánica de fractura para incluir la influencia de la velocidad de aplicación de la carga en la estimación de la rotura. Para ello se puede

acumular el efecto de las tensiones instantáneas producidas durante el fenómeno y se estima una tensión estática equivalente que puede ser comparada con las obtenidas de los ensayos de rotura. Este fenómeno ya ha sido estudiado por investigadores como Schneider [22], que propone un coeficiente de mayoración de la tensión de rotura estática admisible para compararla con la tensión máxima del impacto. Nuevamente se trata de la comparación de la tensión en un punto sin considerar la variación de tensión en puntos adyacentes. Por lo tanto, sigue siendo útil introducir criterios probabilistas que, con la tensión equivalente obtenida con criterios de mecánica de fractura, caractericen la probabilidad de rotura del vidrio en cargas transitorias como los impactos.

3. PRESTACIÓN DE LA RESISTENCIA A IMPACTO HUMANO EN LA ARQUITECTURA DE VIDRIO 3.1. Aplicaciones en arquitectura en vidrio Se han estudiado más de veinte referencias de realizaciones de arquitectura de vidrio [23] [24] [25]. De la revisión de las mismas se realiza un primer estudio para tipificar los elementos e identificar las configuraciones de vidrio y sus necesidades constructivas, como por ejemplo la subestructura empleada y las conexiones. Se revisará la normativa de aplicación que incorpore la exigencia de prestaciones de seguridad de resistencia a impacto humano o aquellas que puedan estar directa o indirectamente relacionadas.

3.1.1. Cerramientos y cubiertas En la Tabla 3.1 se resumen cinco tipo­logías de cerramiento que se han seleccionado para representar las distintas configuraciones de los acristalamientos y las conexiones y subestructuas. Destaca en estas construcciones la necesidad de potenciar la máxima transparencia y, en lugar de recurrir a los entramados de montantes y travesaños de perfiles de acero tan utilizados a finales de los años setenta y principio de los ochenta, se emplean vigas cable, contrafuertes o jácenas de vidrio, que proporcionan una estética bastante homogénea en toda la fachada. Las diferentes conexiones identificadas se pueden clasificar según sean continuas o puntuales; un segundo criterio de clasificación utiliza el tipo de conector. Sistemas continuos a) Sistemas con vidrio exterior con tapeta-presor o junquillo La fijación del vidrio a la subestructura portante se lleva a cabo a través de un perfil presor continuo que se atornilla por el exterior a un portatornillos incorporado en montantes y travesaños; de esta manera el vidrio queda sujeto a sus cuatro lados. El perfil incorpora gomas separadoras para evitar el contac-

to del metal con el vidrio. El presor y la tornillería quedan cubiertos finalmente por una tapa embellecedora continua: la tapeta. Según sea la disposición de la retícula se puede conseguir un aspecto de parrilla, de trama horizontal o de trama vertical. Con el empleo de junquillos desmontables se facilita el mantenimiento o una sustitución eventual del acristalamiento. Este sistema crea fachadas tradicionales con tramas de parrilla, vertical u horizontal. Permite configuraciones de fachadas inclinadas y cubiertas en forma de bóvedas, lucernarios y pirámides con buena estanqueidad a condiciones climáticas externas gracias a juntas EPDM, bandas de butilo y juntas de silicona en los travesaños. b) Sistema con silicona estructural y cinta acrílica estructural de altas prestaciones Se conoce comúnmente por AEE (Acristalamiento Estructural Exterior), en efecto en este sistema el vidrio o panel se fija a la estructura mediante silicona estructural. Se consigue una apariencia exterior atractiva al desaparecer la retícula estructural de la fachada en los cuatro lados del panel o únicamente en dos. La colocación de la silicona y ensamblaje al marco se llevan a cabo en taller y se garantiza un buen control de calidad y rapidez de montaje. Al tratarse de un sistema no mecánico deben cuidarse tanto el montaje como la compatibilidad de los componentes para que a través de la silicona estructural se transfieran directamente las cargas a los montantes. Al ser la silicona un material elástico se produce un mayor movimiento en las juntas y también se incrementa la resistencia frente a sismo. La tensión de adhesión es uno de los parámetros críticos que caracteriza a los sellantes estructurales. Conseguir un equilibrio entre alta tensión de adhesión, alta recuperación elástica y contracción mínima del sellante durante el curado es determinante para obtener un buen comportamiento de la unión tanto en condiciones normales como en condiciones extremas (altas temperaturas e inclemencias meteorológicas). Este sistema se emplea tanto en apoyos continuos como en conexiones por puntos.

32 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

Tabla 3.1.  Referencias de cerramientos o cubiertas utilizadas (parte 1). CUBO CIUDAD FINANCIERA DEL BANCO DE SANTANDER, BOADILLA DE MONTE, MADRID; Alfonso Millanes Mato, junto con Octatube International B.V. y E.M.C. International [www.octatube.eu]

Vidrio

Cerramiento: vidrio UVA 12-16-14 (templado exterior —cámara de aire— interior laminado termoendurecido). Cubierta: vidrio UVA 12-16-18 (templado exterior —cámara de aire— interior laminado termoendurecido.

Conexión

Por puntos, cuatro puntos en las esquinas unidos a un nódulo de 350 × 350 mm.

Subestructura

Sistema de vigas cable. Necesidades de alta transparencia, pero limitando la transmisión térmica. Vidrio con control solar para conseguir un valor de U 1,1 W/m2K. Parrilla de compresión de 5 × 5 m formada por vigas cable.

Observaciones

NUEVA ÁREA TERMINAL DEL AEROPUERTO MADRID BARAJAS T-4; Estudio Lamela, Richard Rogers Partnership [richardrogersarq.blogspot.com.es] Vidrio

UVA 12-12-12 (exterior templado control solar-cámara de aire-interior laminado con intercalar de butiral de polivinilo acústico).

Conexión

Apoyo continuo en dos lados (travesaños).

Subestructura

Sistema de vigas cable o Kipper-truss posición vertical y travesaños. Prestaciones reforzadas de aislamiento acústico.

Observaciones

Kipper-truss están formadas generalmente por dos cables pretensados que se unen por unos elementos a modo de riostras. Se debe disponer de una serie de mecanismos auxiliares para soportar las solicitaciones verticales (peso propio) puesto que este sistema solo resiste cargas perpendiculares al plano de la fachada.

MERCADO EN ROTTERDAM, HOLANDA; Winy Mass (MVRDV) junto con Octatube y la ingeniería estructural de Royal Haskoning DHV [sp.archello.com/en/project/markthal-rotterdam/2177877] Vidrio

Vidrios de 1,485 × 1,485 laminado termoendurecido 6-6.

Conexión

Placas de sujeción circulares en las esquinas.

Subestructura

Sistema de retícula con cables tensados. Red de cable pretensados situados prácticamente en el mismo plano vertical que el vidrio En el nudo de cruce del cable vertical y horizontal se sitúan unos apoyos especiales de forma que van colocados justo detrás de las juntas de los vidrios de forma imperceptible. Validación por ensayo en prototipo.

Observaciones

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 33

Tabla 3.1.  (continuación) TORRE IBERDROLA, BILBAO; Pelli Clarke Pelli architects [www.bellapart.com] Vidrio

Vidrio UVA, laminado 6-6 termoendurecido curvado en frío de 1,0 m de ancho y 3,5 m de alto.

Conexión

Apoyo continuo en cuatro lados.

Subestructura

Cartelas de vidrio-acero y travesaños metálicos. Las tensiones del curvado en frío se transfieren por presión de contacto por lo que se requiere un material alto coeficiente de fricción. Validación por ensayo en prototipo.

Observaciones

VAKKO FASHION CENTER, ESTAMBUL (TURQUÍA); REX Architecture [12] [26] Vidrio

Vidrio UVA en forma de 1,5 m de ancho y 3,35 m de alto. Hoja exterior vidrio moldeado en caliente de 12 mm, cámara entre 16 y 40 mm, y laminado 6-10 en el interior.

Conexión

Puntual en las cuatro esquinas con articulaciones esféricas.

Subestructura

No hay. Directamente a los bordes de formado mediante las conexiones. Carece de elementos estructurales lineales pero consigue alcanzar la rigidez necesaria gracias a la forma característica del vidrio curvo. Validación por ensayo en prototipo.

Observaciones

Sistemas puntuales La Figura 3.1 esquematiza las uniones identificadas para vidrios monolíticos y las variantes para UVA [9]. a)  Sistemas botón El sistema de fijación de Vidrio Exterior Abotonado (VEA) atraviesa las placas en todo o parte de su espesor o, como se comentó en el párrafo anterior, puede ser una unión adhesiva. La función portante se realiza dentro de la superficie de la placa de vidrio, y la concentración de tensiones que aparece en la zona de los taladros obliga al uso de vidrios tratados térmicamente y con control destructivo de calidad de ensayo de choque térmico, a fin de reducir la incidencia por roturas por presencia de inclusiones de sulfuro de níquel.

Los elementos de anclaje pueden ser fijos o articulados; estructuralmente las rótulas de anclaje no transmiten momentos por lo que la fachada adquiere una cierta flexibilidad (esto es una limitación en cuanto a las luces a obtener debido al riesgo de pandeo), pero a su vez amortiguan las deformaciones del vidrio y se corrigen más fácilmente los defectos constructivos. Se utilizan fijas para acristalamientos de pequeñas dimensiones y que no estén sometidos a la presión del viento. b)  Sistemas presillas o grapas Las presillas o grapas son fijaciones a base de elementos tipo pinza o mordaza que se colocan en el perímetro del panel y se disponen principalmente en las esquinas, de manera que cada presilla recibe la esquina de cuatro paneles diferentes. Las pinzas son

34 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

Figura 3.1.  Tipos de fijaciones puntuales [9].

habitualmente de acero inoxidable, y en la zona en la que se aloja el vidrio constan de juntas EPDM (termopolímero elastómero con una excelente resistencia a la abrasión y al desgaste) o neopreno. Es una solución más económica que el vidrio abotonado, ya que no se realizan perforaciones en los vidrios; esto, además, conlleva un menor riesgo de rotura del vidrio y una resistencia más alta por la ausencia de fisuras y desperfectos causados por la perforación. La unión entre el anclaje y el vidrio puede quedar asegurada de dos formas diferentes: a) median-

te esfuerzos de fricción o de rozamiento que impiden que el vidrio se desplace y se salga de la pinza (para conseguirlos se somete al panel a grandes esfuerzos de compresión en las mordazas); b) con elementos de apoyo. Propuesta de clasificación Una propuesta de clasificación atendiendo a los sistemas constructivos expuestos en el apartado anterior es la Tabla 3.2.

Tabla 3.2.  Propuesta de clasificación para vidrios de cerramientos. Montantes y travesaños. Tipo de subestructura

Sistema de jácenas vitreas. Sistemas pretensado.

Vigas cable. Retícula con cables tensados. Abotonadura.

Puntual. Tipo de apoyo

Presillas / pinzas / mordazas. Silicona estructural puntual.

Sistema de fijación Continuo.

Todos los sistemas descritos: abotonados, mediante presillas, con silicona estructural, con junquillos o tapeta-presor pueden admitir subestructuras de todos los tipos: montantes y travesaños, jácenas vítreas o sistemas pretensados. No obstante, es habitual encontrar sistemas tradicionales de marco ajunquillado o tapeta-presor con montantes y travesaños y sistemas más innovadores abotonados o con insertos embebidos para realizar uniones atornilladas con subestructura de jácenas vítreas o de cables pretensados.

Silicona estructural continua. Ajunquillado o tapeta-presor.

Prestaciones de seguridad La definición de acciones en estructuras de vidrio son iguales a las ejercidas en otros materiales de construcción. No obstante, ante la falta de modelos de cálculo de uso extensivo que incorporen la variedad de vínculos asociados a los tipos de conexión y la dificultad para determinar la resistencia del vidrio (el vidrio es muy sensible a defectos superficiales, por lo que se debe considerar la sucesión de las acciones sobre el mismo a lo largo del tiempo), es

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 35

frecuente utilizar la verificación por ensayo en prototipos. Las comprobaciones por cálculo o ensayo relacionadas con el impacto son las siguientes: a) Impacto. Según el CTE-DB SE AE (Seguridad Estructural. Acciones en edificación) el impacto puede representarse mediante una fuerza estática equivalente que tenga en cuenta la masa, la geometría y la velocidad del cuerpo impactante, así como la capacidad de amortiguamiento de este y del elemento contra el que impacta. En el CTE-DB SUA 2 (Seguridad de Utilización y Accesibilidad. Seguridad frente al riesgo de impacto o de atrapamiento. Impacto con elementos frágiles) se limita el riesgo de que los usuarios puedan sufrir impacto con elementos fijos o practicables del edificio, y deberán ubicarse en áreas de riesgo aquellos vidrios que resistan un impacto de cuerpo blando, que debe verificarse con la norma de ensayo de péndulo UNE-EN 12600:2003. b) Intrusión. Es la resistencia al ataque manual. Se realizan ensayos con distintos procedimientos, como por ejemplo el impacto de cuerpo duro: se deja caer una esfera de acero de Ø = 100 mm en un panel de vidrio horizontal desde altura de 1,5-9 m, indicado en UNE-EN 356:2001; o prueba antiagresión con hacha, indicado en UNE-EN 356:2001; o prueba anti-bala, según UNEEN 1063:2001. La verificación de prueba post-rotura es diferente en función del uso de los elementos. Por ejemplo, para una cubierta solamente accesible para el mantenimiento se pide que resista una carga estática de 180 kg durante treinta minutos; para una cubierta de acceso público se pide que resista una prueba de carga estática con un 50 % de la carga de trabajo. c) Explosión. Se hace un dimensionamiento preliminar utilizando tablas de presión de impulso verificadas, en general, por explosión de arena, siguiendo UNE-EN 13541 (Vidrio para la construcción. Vidrio de ­seguridad. Ensayo y clasificación en función de la resistencia a la presión de explosión) [27]. d) Escombros llevados por el viento: no suelen ser de aplicación en Europa sino en lugares con propensión a huracanes o tornados donde se aplican ASTM E1886 (Stan-

dard test method for performance of exterior windows, curtain walls, doors, and impact protective systems impacted by missile and exposed to cyclic pressure differentials [28]) y ASTM E1996 (Standard specification for performance of exterior windows, curtain walls, doors, and impact protective systems impacted by windborne) [29].

3.1.2. Barandillas y acristalamientos La instalación de barandillas de vidrio es una de las opciones más demandadas tanto para barandillas interiores y/o exteriores para obra nueva y reformas o rehabilitación de construcciones especialmente por el reducido cambio de la imagen original. En función que sea una protección de hueco o escalera o una protección de balcón en fachada la configuración es diferente. Estas últimas, a las que nos referimos como «balcones franceses», cada panel de vidrio se fija lateralmente mediante montantes que están anclados a un muro o pared de forma continua (embebidos en la pared) o de forma puntual mediante tornillería. La fijación de los paneles de vidrio se realiza: de forma continua en dos o tres laterales de cada panel; con fijación puntual de abotonadura o mordazas. Los pasamanos pueden ser autoportantes o soportados por el propio panel. La Tabla 3.3 destaca las características más relevantes las barandillas y acristalamientos divisorios singulares que se han utilizado como referencia. Una vez analizadas las barandillas convencionales y singulares se observa que el uso más extendido es el de montantes laterales y los paneles de vidrio se unen a los montantes por fijaciones puntuales (abotonaduras o presillas) o continuas. Este sistema se suele acompañar de pasamanos autoportante. Sin embargo, cada vez aparecen en más realizaciones las barandillas con paneles en voladizo. Las conexiones se realizan empotrando cada panel de vidrio en su base y anclando los paneles entre sí mediante pasamanos en su borde superior que puede ser portante o no portante. Entre cada panel ­puede existir una junta de sellado o simplemente aire. Cada cierto número de paneles se incorpora un perfil para garantizar la limitación de flecha de la barandilla. Los sistemas de conexión en el borde inferior del vidrio pueden ser: mediante perfiles sobre la base o embutidos en el forjado, por abotonadura o por pinza.

36 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

Tabla 3.3.  Referencias de barandillas y acristalamientos. RENOVACIÓN TORRE EIFFEL DE PARÍS; MOATTI-Rivière [www.bellapart.com] Vidrio

Vidrio laminado, con una capa de vidrio termoendurecido de 6 mm de espesor y una capa de vidrio templado de 6 mm; el intercalario ionoplástico de 1,52 mm.

Conexión

Apoyo continuo en tres lados.

Estructura

Vigas de acero en T.

Observaciones

Barandillas inclinadas. Se ensayó en prototipo la resistencia a cargas de viento estáticas y dinámicas; se realizaron ensayos de cuerpo blando y cuerpo duro.

APPLE STORE DE JUNGFERNSTEIG, HAMBURGO; Eckersley O’Callaghan [www.eocengineers.com] [30] [31] Vidrio

Vidrio laminado de 12 m de longitud de cinco capas de vidrio termoendurecido.

Conexión

Insertos metálicos embebidos en la barandilla/viga zanca.

Estructura

El mismo elemento. La barandilla es realmente la zanca de la escalera y por ello la configuración del vidrio de cinco capas. Los avances en los procesos de trasformación del vidrio permiten templar un elemento de estas dimensiones y no tener que utilizar acoplamientos. Esta tipología se ha utilizado en otros edificios Apple.

Observaciones

AMERICANS VETERANS DISABLED FOR LIFE MEMORIAL WASHINGTON; Eckersley O’Callaghan and Shalom Baranes Associates [www.eocengineers.com] Vidrio

Vidrio laminado templado de 4 capas de 19 mm.

Conexión

Vidrio en voladizo con empotramiento en un lado.

Estructura

Perfil continuo.

Observaciones

En cada capa se aplicaron tratamientos superficiales con ácido e impresiones y gravados para conseguir los relieves con imágenes y texto.

Propuesta de clasificación Una posible clasificación de barandillas atendiendo a las conexiones con el suelo/pared y a las fijaciones con el vidrio es la expuesta en el apartado anterior, se muestra en la Tabla 3.4. Como puede observarse finalmente se reduce a la configuración estructural y el tipo de fijación del vidrio a la subestrucutra. Esta clasificación es coherente con las categorías B y C que se identifican en la norma la DIN 18008 (Glas im Bauwesen. Bemessungs-und Kons-

truktionsregeln) [32] y que se esquematizan en La Tabla 3.5. — Categoría B: barandilla en voladizo en la que los paneles de vidrio están anclados por su borde inferior, y el pasamanos está fijado en su borde superior. El requerimiento general de acuerdo con esta norma es de vidrio laminado. — Categoría C1: barandilla con montantes laterales y plementería de vidrio. Los paneles de relleno pueden ser fijados a los mon-

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 37

Tabla 3.4.  Clasificación de barandillas según su sistema constructivo. Comportamiento estructural

En voladizo

Fijación del vidrio a la subestructura Con perfil continuo en base.

Sobre rasante.

Con abotonaduras.

Embebido en suelo.

Con mordazas. Con abotonaduras.

Con montantes laterales

Con mordazas.

Balcón francés

Montantes a modo de perfiles continuos a ambos lados.

Sobre rasante.

Montantes con abotonaduras.

Embebido en pared.

Lateral.

Montantes con mordazas.

Tabla 3.5.  Clasificación de barandillas según el tipo de estructura [32].

Categoría A

—  Vidrio laminado. — UVA.

Categoría B

—  Vidrio laminado.

—  Vidrio laminado.

Categoría C —  Vidrio laminado. — UVA.

tantes con apoyos laterales continuos o por fijaciones puntuales o por clips o mordazas. Los requerimientos generales para esta categoría según DIN 18008-4 se cumplen con el empleo de vidrio laminado. Esta categoría considera también acristalamientos, Categoría C2; igual que en la categoría A en caso de vidrio aislante se recomienda utilizar combinaciones de vidrio laminado y monolítico templado térmicamente.

Prestaciones de seguridad Al igual que en los cerramientos en el Código Técnico de la edificación CTE-DB-SE-AE se especifican las acciones que la barandilla debe resistir según la categoría de uso indicadas en este mismo documento y que dependen del tipo de edificación y la ocupación. En cuanto a la resistencia a impacto, el CTE-DB-SU recoge especificaciones geométricas en función de la altura de caída y utiliza también la norma de ensayo a impacto blando EN 12600 para establecer la cate-

38 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

goría de los vidrios. Sin embargo, en ninguno de estos documentos aparecen requisitos especiales para barandillas (aunque sí existen varios requerimientos nacionales adicionales en otros países europeos). En la ya mencionada norma EN 12600, la resistencia a impacto se verifica para el vidrio en un marco estándar y no para la configuración original con todos sus componentes; no así ocurre en Alemania mediante la guía TRAV 2010: Technical rules for the use of safety glazing, en la cual se especifica que en el ensayo de péndulo se debe verificar la resistencia de la barandilla mediante un espécimen de ensayo que debe ser equivalente a la configuración real, con todos sus sistemas de conexión y estructura soporte. En este mismo documento también se incluyen soluciones aprobadas en forma de tablas para las categorías A y C (al menos apoyo continuo en dos bordes) con tensiones admisibles para varias dimensiones y espesores de vidrio. Con la norma DIN 18008-4 (Glass in Building. Design and construction rules. Part 4. Additional requirements for fall protection) se puede hacer una verificación por cálculo en la cual se simula el ensayo de péndulo mediante MEF (Método de Elementos Finitos) y también mediante cálculo simplificado en el que se evalúan cargas equivalentes usando teoría de vigas o placas para paneles de vidrio apoyados linealmente en dos o cuatro bordes. En Reino Unido, la norma BS 6180 (Barrieres in and about building. Code for practice) contiene especificaciones para barandillas, y las acciones han de ser determinadas mediante la BS 6399-1 (Loading for buildings. Part 1. Code for practice for dead and imposed loads). En cuanto la resistencia al impacto se deben seguir las recomendaciones de seguridad que aparecen en la BS 6262-4 (Code of practice for ­glazing for buildings. Part 4. Safety), verificando la prestación mediante los ensayos de péndulo que apa­recen en la BS 6206 (Specifications for impact preformance requirements for flat safety glass and safety plastics for use in buildings). En Estados Unidos, los requerimientos y las acciones se recogen en el International Building Code, apartado Glass in handails and guards y el ensayo de impacto se realiza de acuerdo a la CPSC 16 CFR 1201 (Safety standard for architectural glazing materials). En República Checa existe la CSN 74 3305 en la que se dan los requisitos para cada tipo de barandilla. Por último, en Francia, mediante el Cahier CSTB 3034 se definen procesos experimentales para barandillas en voladizo. Sería recomendable incorporar en normativa un ensayo post-rotura, al igual que se está incorpo-

rando una para cubiertas (DIN18008-6: Glass in buildings. Design and construction rules. Additional requirements for walk on glazings in case of maintenance procedures) para asegurar una cierta resistencia residual tras el fallo de la barandilla y conseguir de este modo mejorar las prestaciones de seguridad en barandillas. Estos ensayos se están empezando a desarrollar.

3.1.3. Suelos En ese apartado se presentan algunas realizaciones de suelos, principalmente en pasarelas, una propuesta de clasificación, así como los criterios de diseño que se deben llevar a cabo para la definición de una solución óptima. En la Tabla 3.6 se presentan cinco realizaciones tanto de puentes o pasarelas o simplemente elementos de plementería para cubrir huecos. La primera observación es que la estructura más utilizada es la estructura de vigas de vidrio.

Propuesta de clasificación El criterio más relevante de clasificación de las estructuras de suelo de vidrio es atendiendo a la estructura portante y al tipo de conexión. Las realizaciones más antiguas utilizaban estructura metálica, y los elementos de vidrio de menor tamaño que los actuales tenían más una función de relleno y no portante. a) Como plementería sobre estructura metálica: el vidrio actúa como elemento pasivo para cubrir un hueco y se apoya en elementos estructurales activos generalmente metálicos. La configuración más empleada es la de vidrio laminado fijado a cuatro lados con estructura portante metálica. b) Como superficie de vidrio sobre estructura de vidrio: los paños de vidrio se apoyan sobre elementos portantes en forma de vigas de vidrio, son tableros pequeños que trabajan junto con las barandillas en la mayoría de los casos, también de vidrio. Esta configuración, como cabe esperar, ha requerido del desarrollo de nuevos anclajes y conexiones entre el vidrio horizontal del suelo y las vigas de vidrio. Se utilizan: — Insertos metálicos embebidos en vidrios laminados con capas de intercalado ionoplásticas,

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 39

Tabla 3.6.  Realizaciones de vidrio en suelos. PUENTE DE VIDRIO DE LA FUNDACIÓN CHAMPALIMAUD, Charles Correa, Schlaich Bergermann [33] [www.bellapart.com] Vidrio

Vidrio laminado de cinco capas de vidrio termoendurecido unidos mediante intercalarios con una capa superior antideslizante, de 1,9 m × 2,15 m.

Conexión

Apoyo continuo en todos los lados.

Estructura

Vigas cajón arriostradas con cables tensados.

Observaciones

Esta realización es un ejemplo también de vidrio curvo en caliente, espesor de 20 mm formado por dos capas de vidrio laminado templado, intercalar ionoplástico y protección solar. La barandilla en voladizo es también de vidrio.

PASARELA EATON CENTER DE CALGARY EN CANADÁ, Halcrow Group y MMC Architecture [15] Vidrio

Vidrio laminado de tres capas de vidrio templado de 10 mm con intercalares de PVB.

Conexión

Continua en dos lados con silicona estructural.

Estructura

Vigas de vidrio. La barandilla de vidrio está unida a la viga con uniones mecánicas abotonadas.

Observaciones

PLATAFORMA DE OBSERVACIÓN THE SCKYDECK LEDGE EN LA TORRE WILLIS, Skidmore, Owings & Merril [34] [www.som.com/projects/the-ledge-at-skydeck-chicago/] Vidrio

Vidrios laminado de tres capas de 12 mm de espesor de vidrio templado.

Conexión

Conexión discontinua por puntos en los cuatro lados.

Estructura

Vigas perimetrales de vidrio. Toda la plataforma cuelga de una estructura metálica retráctil para mantenimiento. Se dispuso un vidrio superior de sacrificio separado del vidrio estructural.

Observaciones

40 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

Tabla 3.6.  (continuación) PASARELA EN EL 150 CHEAPSIDE ST., LONDRES (REINO UNIDO), Malishev & Wilson Engineers y Michael Aukett Architectes [15] Vidrio

Laminado tempaldo con intercalares de PVB.

Conexión

Insertos metálicos embebidos.

Estructura

Vigas estructurales de vidrio arriostradas a través de otras vigas perpendiculares también de vidrio. La pasarela dispone de tirantes colgados del forjado superior sobre el que se suspenden las vigas estructurales.

Observaciones

SUELO TORRE POSTAL EN BONN (ALEMANIA), Glass Partners Solutions [15} Vidrio

Vidrio laminado de dos capas de 12 mm termoendurecidos; dimensiones de 3,50 m × 0,75 m.

Conexión

Continuo

Estructura

Perfiles metálicos en L Vidrio de sacrificio templado de impresión translucida y antideslizante en su cara superior

Observaciones

— Anclajes mecánicos mediante perforaciones en las láminas de vidrio. La Tabla 3.7 muestra una propuesta de clasificación de suelos atendiendo a las tendencias arquitectónicas actuales. Tabla 3.7.  Propuesta de clasificación atendiendo a las tendencias de construcción. Con insertos metálicos embePaneles de vidrio bidos en el vidrio ­laminado. sobre estructura Con fijaciones puntuales meSuelos en portante de vicánicas que atraviesan el vidrio. pasarelas drio en su totalidad. y puentes Paneles de vidrio Apoyo en los cuatro lados. sobre estructura portante metálica. Silicona estructural.

Prestaciones de seguridad Para esta tipología de elementos no se considera explícitamente la resistencia a impacto, aunque sí indirectamente con la resistencia residual post-rotura, puesto que la causa más determinante de las roturas de los vidrios en esta aplicación corresponde a los impactos tanto de cuerpo blando como de cuerpo duro. A través del requisito de resistencia a la resbaladicidad se está reduciendo el riesgo de caída, y con ello la rotura por impacto. Es frecuente la verificación del diseño por ensayo resistencia específicos del elemento completo o de alguna zona crítica local, como por ejemplo ocurrió para la pasarela del n.º 150 de Cheapside en Londres (Figura 3.2). De hecho, la norma estadounidense ASTM E 2751-13 (Standard practice for de-

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 41

Figura 3.2.  Patrón de fractura en panel de vidrio superior (izquierda), ensayo de impacto de cuerpo duro (derecha) [15].

sign and performance of supported glass walkways) solicita la realización de ensayos para determinar la seguridad en condiciones de post-rotura. Estos ejemplos se han identificado en [15]. Concluyendo, además de las propias de resistencia al peso propio y a la resistencia a sobrecarga de uso, se presta especial atención a la resistencia a la resbaladicidad y a la resistencia residual post-rotura. En España el CTE-DB SU 1 (Seguridad frente al riesgo de caídas) (apartado 1) es el que se encarga de limitar el riesgo de resbalamiento en los suelos de edificios de zonas de uso residencial público, sanitario, docente, comercial, administrativo y de pública concurrencia conforme a una serie de clases dependiendo de la localización y en función de la resistencia al deslizamiento del suelo (Rd). Existen diferentes procedimientos experimentales para determinar el valor de la resistencia al deslizamiento Rd, como son: ensayo de péndulo de fricción; rampa inclinada; tribómetro [23]. Adicionalmente existen algunas normativas referentes a suelos estructurales de vidrio que definen distintos sistemas de cálculo e hipótesis, entre las cuales destacan: — ONORM B 3716: Glass in buildings. Structural glass construction. Esta norma ­Austriaca exige la utilización de vidrios ­ laminados (templado más recocido o termoendurecido) y de una lámina adicional para la abrasión. El mínimo espesor requerido de intercalar de PVB es de 0,76 mm. Para el diseño se verificarán el Estado Límite Último (ELU) sin tener en cuenta la lámina de abrasión, el Estado Límite de Servicio (ELS) sin tenerla  en cuenta y con una flecha máxima de L/100, así como una resistencia residual en un escenario de diseño accidental.

— DIN 18008-5: Glass in Building. Design and construction rules. Part 5: Additional requirements for walk Glazings. Esta norma alemana exige la utilización de al menos un vidrio laminado de tres capas. Para el diseño se tendrán en cuenta los escenarios de ELU con todas las láminas de vidrio y con alguna rota, el ELS con todas las láminas de vidrio y una flecha máxima de L/200 y resistencia residual mediante ensayo de impacto de cuerpo duro. — CSTB 3448: Floor slabs and stairs glass. Terms of design, manufacture and implementation. Es una evolución del DTU 39 (Building works. Glazing and mirrors) En esta norma francesa se definen las cargas, la metodología de cálculo y los requerimientos de diseño y constructivos en cada caso. — IBC (International Building Code) 2409. En esta norma estadounidense se especifican cargas (distribuida, concentrada y actual) y se hace el cálculo conforme a la carga predominante. Se realizan una serie de combinaciones y mayoraciones de carga para extraer unas hipótesis de cálculo, que son comparadas con la carga máxima que puede soportar un vidrio horizontal al cual se le hacen minoraciones según composición, acabados, y otra serie de factores.

3.1.4. Escaleras La revisión de la documentación existente acerca de escaleras de vidrio estructural permite identificar realizaciones innovadoras, muy singulares, en las que se utilizan elementos multifuncionales resistentes, pues son a la vez vigas y barandillas, o vigas y

42 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

cerramiento. Precisamente esta multifuncionalidad de los elementos dificulta resumir las configuraciones de vidrios, conexiones y elementos funcionales en una Tabla. Se ha optado por realizar una descripción de las aplicaciones.

La traza de escalera helicoidal es la utilizada en la tienda Apple de Shinsaibashi, en Osaka (Japón) diseñada por Eckersley O’Callaghan y el ­arquitecto Bohlin Cywinski Jackson en 2004, (Figura 3.3).

Figura 3.3.  Tienda Apple de Osaka, 2004 [35].

Se trata de una escalera con peldaños de 1,8 m de ancho formados por cuatro capas de vidrio recocido laminado con intercalar ionoplástico con acabado pulido en sus bordes [35] [36]. La resistencia ante cargas sísmicas fue esencial en el diseño de la escalera. Dicha resistencia se alcanzó gracias a la combinación de la rigidez inherente del vidrio laminado con PVB del helicoide de la barandilla/zanca, del pasamanos de acero inoxidable y de las conexiones ―también de acero inoxidable― que atra­ viesan la balaustrada para unir los peldaños. La configuración de la barandilla/zanca es de vidrio laminado de tres capas de vidrio curvado templado químicamente de 10 mm de espesor con dos capas de PVB de 1,52 mm. También diseñadas por Eckersley O’Callaghan y con configuraciones similares son las Apple Store de West 14th Street de Nueva York de 2007 (Figura 3.4) y en la Apple IFC de Shanghai de 2012 (Figura 3.5). En ambas el núcleo central está formado por un tambor de vidrio soporte de los peldaños a modo de vigas en voladizo. En el caso de la tienda de Shanghai, el reto fue mayor ya que el equipo de diseño trabajó intensamente con los fabricantes para construir los paneles de 13 m de vidrio curvo templado y laminado de una sola pieza.

La traza de escaleras rectas tienda Apple Soho de Nueva York, también de Eckersley O’Callaghan junto con el arquitecto Bohlin Cywinski Jackson (2011) reproducen el modelo ya presentado en la Tabla 3.3 (véase Figura 3.6). También rectas son las escaleras de vidrio del Four Season Center for the Performing Arts Toronto (Figura 3.7), Canadá, diseñado por la multinacional Halcrow Yolles en 2006. Partiendo del concepto de crear una escalera compuesta casi enteramente de vidrio estructural, se plantea con un recorrido horizontal de casi 27 m una diferencia de cotas de 8,8 m y anchura de 2,1 m. La barandilla está formada por dos perfiles de acero inoxidable de 15 mm × 100 mm en su parte superior e inferior y por doce paneles de vidrio laminado de bajo contenido en hierro de dimensiones 3,70 m × 1,55 m. La configuración de este vidrio es un laminado de tres capas de vidrio templadas de 12 mm e intercalar PVB de 1,9 mm. Los peldaños están formados por dos capas también de vidrio laminado con bajo contenido en hierro, templado, de 15 mm más 10 mm y un intercalado de PVB de 1,52 mm. Los peldaños cuentan con una tabica formada por dos capas de vidrio laminado de 10 mm (vidrio templado de bajo contenido en hierro con superficie gra-

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 43

Figura 3.4.  Escaleras Apple Store de West 14th Street de Nueva York (izquierda), conexión entre barandillas y viga (derecha) [35].

Figura 3.5.  Escaleras Apple IFC de Shanghai (izquierda), conexión entre barandillas y viga (derecha) [35].

Figura 3.6.  Escaleras Apple Soho de Nueva York [35].

44 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

vada al ácido). Cada peldaño cuenta con una capa de desgaste antideslizante para garantizar tanto la seguridad como la privacidad desde abajo Figura 3.7 [41]. También existen escaleras con elementos ­estructurales metálicos como la de la tienda The ­Joseph en Sloane St. (Londres, 1989), diseñada por Eva Jiricna Architects y Dewhurst Macfarlane Et

Partners. En este caso el vidrio pisable está conectado a la estructura mediante elementos puntuales. Además, se insertó una placa de metacrilato en la superficie inferior de los peldaños como elemento de seguridad ante post-rotura (Figura 3.8). Las prestaciones de seguridad que se deben considerar en el diseño son las mismas que para cerramiento, barandillas o suelos.

Figura 3.7.  Escaleras Four Season Center for the Performing Arts Toronto [41].

Figura 3.8.  Escalera de la tienda The Joseph en Londres.

3.1.5. Pilares y vigas A pesar de que no se han encontrado ejemplos en los que se haya comprobado la resistencia a impacto blando, sí se debe considerar su resistencia ante acciones explosivas, por lo que se incorporan en esta apartado de revisión de aplicaciones.

Los pilares o vías de vidrio como estructura principal son hasta el momento suficientemente singulares como para requerir validación experimental. En estos elementos, la investigación está centrada en el diseño y fabricación de nuevas configuraciones y en el modelado post-rotura de las mismas.

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 45

Las referencias de pilares y vigas que se presentan en este apartado están documentadas en la tesis doctoral Modelización de la respuesta de elementos estructurales lineales de vidrio plano: vigas y pilares pretensados de Miguel Ángel Núñez, 2015 [38].

Pilares Tal como se ha visto en el apartado 3.1, la mayoría de las realizaciones actuales de los pilares de vidrio presentan una configuración de cartelas o contrafuertes (glass fins) y las encontramos como subestructura de fachadas singulares. Esta tipología la encontramos ya en 1985, por ejemplo, en el Pabellón de esculturas Sonsbeck (Arnhem, Holanda) realizado por Benthem y Crouwel). El pabellón está compuesto por vidrios verticales templados que componen el cerramiento vertical, se estabilizan con vidrios perpendiculares que funcionan como pilares, y sujetan la celosía horizontal metálica, que a

su vez sujeta los vidrios horizontales de cubierta. Otra aplicación de la misma tipología es el acceso a la casa Museo del vidrio Broadfield en Kingwinford (Reino Unido), realizado por el estudio Antenna Design en 1994. Todos los elementos de vidrio se ensamblan en los extremos mediante silicona estructural (Figura 3.9). Las configuraciones son vidrios laminados con tres o cinco hojas de vidrios (con intercalar PVB rígido o ionoplástico). Las conexiones que se realizan en arranque de base (o cimentación) y la unión con la viga son puntos críticos del cálculo y diseño. En esa misma época se realiza una de las obras más representativas del empleo de pilares de vidrio. El centro cívico Sant Germain, en Laye (Figura 3.10), presenta un patio central cubierto con una estructura ligera de acero y vidrio que descansa en pilares cruciformes de vidrio laminado. Los pilares están compuestos por un vidrio laminado triple 12-15-12 de 220 mm de longitud en ambas direcciones, siendo una de ellas continua, y la otra cortada y pegada

Figura 3.9.  Arriba, Casa Museo del vidrio Broadfield; Abajo, Marquesina con pilares y vigas de vidrio estructural (Werner Sobek), 1997.

46 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

Figura 3.10.  Centro cívico Sant Germain en Laye. Pilar de planta cruciforme (Brunet Saunier Architecture), 1995.

sobre la pieza principal. Se han diseñado con criterios de seguridad, de manera que según los cálculos realizados, la lámina central sería capaz de resistir el peso de la cubierta de 500 kN. A modo experimental se han ensayado otras configuraciones. La Figura 3.11 muestra diferentes

propuestas con vidrio laminado que tienen la particularidad de que su respuesta post-rotura debe ser comprobada experimentalmente. Como dato adicional, en la fabricación de los pilares prototipo se han identificado diferentes defectos de fabricación que podrían ser iniciadores en la localización del fallo.

Figura 3.11.  Prototipos ensayados por E. Ouwerkerk, 2011 [37].

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 47

En la verificación por cálculo se ha de tener especialmente en cuenta que el pilar se fabrica con láminas delgadas de vidrio, por lo que la inestabilidad por pandeo es un parámetro básico en elementos en compresión. La teoría de pandeo es bien conocida y se aplica en otros materiales, pero al transferirla a vidrio se debe ser consciente de: a) las tolerancias de fabricación y las imperfecciones iniciales del vidrio; b) el comportamiento visco elástico de los in-

tercalares de los vidrios laminados, dependiente de la temperatura. Por ello se hace relevante que la verificación de diseño se realice en el ensayo de prototipo (en ocasiones a escala) para comprobar uniones singulares, como por ejemplo el comportamiento del elemento mecánico de arranque, el comportamiento pos-rotura, o la respuesta acciones especiales como el impacto (Figura 3.12).

Figura 3.12.  Pilares cruciformes, Entrada Danfoss, Dinamarca, Bagger, A, 2010.

A la vista de las realizaciones estudiadas se presenta la propuesta de clasificación, atendiendo distintos criterios (Tabla 3.8).

Vigas Uno de los principales problemas en el diseño de vigas ha sido obtener elementos de dimensiones superiores a los de fabricación de las hojas. Inicialmente

se utilizaban conexiones para alargar la longitud de la viga o diseños singulares a base de elemento pequeños como se observa en la Figura 3.13. Actualmente se están utilizando elementos contrapeados, ya que gracias a la transparencia de intercalares y adhesivos no se aprecia la discontinuidad (Figura 3.15). Los ejemplos más innovadores se están obteniendo tras labores de investigación, ensayando vigas mixtas con elementos de madera o acero y vigas reforzadas con diferentes

Tabla 3.8.  Propuesta de clasificación para pilares. Compacta

Contrafuertes o costillas

Cerrada

Cuadrada Rectangular

Según sección

Elementos pareados Abierta

Cruciforme Sección en I

Según tipo de vidrio

Según los tipos de conectores

Monolíticos

—

Laminados

—

Mecánicos

—

Adhesivos

—

48 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

Figura 3.13.  Wolfson Building del Medical Faculty of the University of Glasgow (izquierda); IHK building, Múnich (derecha).

configuraciones del refuerzo (véase [38]). La Figura 3.14 muestra una viga laminada en su parte inferior con una placa de acero inoxidable (derecha). Otras aportaciones son las diferentes geometrías de las vigas, o incluso la utilización del pretensado o postesado para mejorar su respuesta estructural (Figura 3.15).

La Figura 3.16 presenta tres tipologías de vigas ensayadas y modeladas en la tesis doctoral: ­Modelización de la respuesta de elementos estructurales lineales de vidrio plano: vigas y pilares pretensados, de Miguel Ángel Núñez, 2015 [38]. Se han ensayado tres configuraciones de vidrio templado (a escala 1/3) con dos intercalares diferentes

Figura 3.14.  Longitud final de una viga a base de elementos contrapeados (izquierda); viga con refuerzo inferior de acero inoxidable (derecha).

Figura 3.15.  Viga de sección en cajón (izquierda), viga sección en T postensionada (derecha).

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 49

Figura 3.16.  Configuración de vigas a escala y equipo de aplicación de carga de precompresión utilizadas por M. A. Núñez [38].

(PVB y SGP). Se han aplicado tres niveles de precompresión (dos y tres órdenes de magnitud superior a la carga vertical) total y parcial en el tercio inferior. Las vigas laminadas verticalmente tienen mejor rendimiento en términos de tensión y deformación. En estas vigas no afecta sustancialmente el tipo de intercalar. Sin embargo, las vigas laminadas horizontalmente tienen un comportamiento ante tensión y deformación peor. En estas vigas es im-

portante el material utilizado para las capas intermedias, siendo las tensiones y deformaciones mayores con las capas intermedias menos rígidas. En las vigas tipo 3, de laminación horizontal con capas intermedias de baja rigidez, la precompresión no afecta a la deformación. La ubicación del refuerzo ha sido objeto de investigación. Louter et al. [39] indican que todas las vigas (véase Figura 3.17) presentan un comportamiento elástico hasta que ocurre una rotura en for-

Figura 3.17.  Tipologías de vigas ensayadas por Louter [39].

50 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

ma de V, y la rotura final se produce cuando la fisura llega a la zona superior de compresión. En este mismo artículo se expone que en las vigas con ­configuración A (refuerzo de un tubo de acero de 10 × 10 × 1 mm), reforzadas pero sin pretensión, la rotura producida a la misma carga genera fisuras que llegan a una zona superior, a diferencia de las vigas denominadas B y C, que disponen de una pretensión en los refuerzos. En cambio, las vigas tipo A presentan una mayor ductilidad, permi­tiendo mayor deformación. 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.

Los elementos esbeltos sujetos a flexión en el eje principal, como por ejemplo las vigas y costillas, son particularmente susceptibles a sufrir pandeo local y torsión lateral. En la formulación de la comprobación por cálculo se ignoran imperfecciones iniciales o la influencia del intercalar. Por ello se deben considerar como aproximadas y utilizadas únicamente como prediseño. Se deberían realizar también las comprobaciones de las uniones, en las que se pueden producir concentraciones de tensión pico, especialmente en las uniones con fijaciones mecánicas. En el caso de uniones adhesivas se utiliza una mayor superficie de contacto, por lo que se reducen las tensiones pico (Figura 3.18).

Figura 3.18  Uniones de vigas mecánicas y con adhesivos [40].

Esto hace relevante la verificación experimental post-rotura. En las investigaciones llevadas a cabo en la universidad de Delf por F. Veer se estudian los elementos fabricados con una carga equivalente a la de las acciones (temporales y permanentes). Una vez que aparecen las primeras fisuras, se continúa la carga para comprobar el comportamiento post-rotura. Se ensayaron diferentes espesores de refuerzo, configuraciones de refuerzo y tipo de rotura. En la Figura 3.19 se presentan algunos de los resultados obtenidos en un ensayo a cuatro puntos. Los resultados de la investigación (véase Figura 3.20) muestran que para una viga con la misma configuración de vidrio y dimensiones, el refuerzo más satisfactorio es el de la configuración 3. En la Tabla 3.9 se muestra una propuesta de clasificación atendiendo a diferentes criterios.

3.2. Caracterización de la resistencia a impacto de los vidrios Todas las realizaciones presentadas en el apartado anterior puede estar sometido a eventos de cargas extremas, incluyendo eventos naturales, como seísmos, vientos extremos u otras exposiciones climáticas y amenazas provocadas por el hombre, como pueden ser las cargas explosivas y los fuegos. Ciertos elementos constructivos como cerramientos, barandillas y suelos deben ser dimensionados para resistir el impacto humano debido al riesgo de caída sobre dichos elementos. Se puede hacer una primera aproximación de la carga dinámica como una carga estática, pero la diferente, y no homogénea, normativa de los distintos países requiere en la mayoría de las ocasiones un análisis dinámico o una verificación por ensayo [42].

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 51

Figura 3.19.  Ensayos de F. Veer con diferentes configuraciones de refuerzo [41].

Figura 3.20.  Influencia de la configuración del refuerzo (izquierda) o de la viga (derecha) en la respuesta del elemento estructural [41].

Para determinar la resistencia a impacto blando, la norma de referencia, como ya se ha indicado en numerosas ocasiones en este documento, es el la UNE-EN 12600, vigente en España desde el año 2003. En ella se clasifica, a través de un ensayo pendular, los productos de vidrio plano utilizados en la edificación, por sus prestaciones bajo impacto y por la forma de rotura. Esta clasificación por altura de

caída corresponde a valores graduados de energía transmitida por el impacto de una persona. El empleo de esta norma presenta varias limitaciones [43]: — Solamente se pueden realizar en laboratorio sin reproducir las condiciones de apoyo reales in situ.

52 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

Tabla 3.9.  Propuesta de clasificación para vigas.

Según composición

Según material

Según carga de compresión axial

Laminadas continuos

—

Apiladas

—

Unidos por placas o elementos metálicos

—

Laminados contrapeados

—

Sección de laminado en cajón, T

—

Vidrio e intercalar

PVB SGP EVA

Híbridas o mixtas

Laminadas con acero Laminadas con madera

Laminadas con refuerzo

Barras de polímero reforzado con fibras de vidrio Barras de epoxi reforzado con fibras de carbono

Pretensadas

—

Postensadas

—

— Deja abierto el control de la energía de impacto o la rigidez del banco de ensayos, que han demostrado ser características críticas para garantizar la reproducibilidad de los ensayos. — Existen discrepancias acerca de la energía de impacto a utilizar. Las diferencias de tamaño y condiciones de contorno de las placas de vidrio encontradas en la amplia gama de soluciones constructivas suponen  cambios significativos en el compartimento del vidrio con respecto al ensayo en el laboratorio [44]. Dado que los ensayos normalizados no reproducen las configuraciones reales, las verificaciones por ensayo se realizan in situ. En estos ­ensayos, la estructura de soporte del péndulo y el registro de la altura inicial presentan mayores ­dificultades para controlar las pruebas con ma­ yores incertidumbres con respecto al impacto aplicado real.

La Tabla 3.10 muestra cómo han ido cambiando los niveles de energía en la normativa; está ­basada en la recopilación realizada por [45] y actualizada. En ella se recogen las masas de los elementos de impacto, las alturas de caída inicial y las energías potenciales asociadas a dichas alturas. En el impacto humano, el área de aplicación de carga genera una alta tensión en pequeñas zonas de la placa con valores que son más altos que los utilizados para el dimensionamiento estático. La velocidad de aplicación de la carga afecta significativamente a la tensión de ruptura del vidrio [46] [47]; por ello es importante tener en cuenta la forma de analizar la ruptura del vidrio y el nivel real de carga aplicada con respecto a las verificaciones experimentales. Una de los primeros datos para avanzar en el conocimiento de los ensayos de impacto humano es definir el nivel de energía, o carga, a aplicar y así poder dimensionarla correctamente.

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 53

Tabla 3.10.  Alturas típicas de impacto en normativa europea Masa (Kg)

Altura (mm)

E (J)

45

 305

135

45

 457

202

45

1219

538

50

 204

100

Impactos de seguridad de impacto de cuerpo blando, bolas de vidrio templado con (Ø 3 mm) en una bolsa esferocónica (diámetro de 0,4 m; altura 0,4 m).

30

 116

 34

Choque con impactador más blando

3

2039

 60

Impactador suave (con una mezcla de grano 0-2 mm) rellena con arena y la bolas de plomo (Ø 0,1 m) tejido reforzado con caucho, para componentes con heterogeneidades significativas (por ejemplo, paredes con altura baja).

1

1019

 10

Impactador para simular patadas, bola de acero Ø 63,5 mm.

0,5

 612

  3

0,5

1223

  6

50

 204

100

Impactador blando.

1

1019

 10

Impactador duro.

50

 204

100

Prueba de energía en masa efectiva  400 kg.

10

 500

 49

Impactador duro.

45

 700

309

Impactador blando DIN-EN 12600.

50

 450

221

Categoría C, impactador DIN-EN 12600.

50

 700

343

Categoría B, impactador DIN-EN 12600.

50

 900

441

Categoría A, impactador DIN-EN 12600.

50

 204

100

Tabique, impactador blando.

1

1019

 10

Impactador duro.

50

1835

900

50

1427

700

0,5

 612

  3

1

1019

 10

Descripción

Norma

Impacto blando dependiendo del grado de exposición de los componentes a los choques sobre vidrio.

[48]

[49]

Impactador para simular patadas bola de acero Ø 50 mm.

[50]

[50]

[51]

[52] [53]

[54]

Seguridad contra golpes en barandillas, choques con cuerpo blando. [55] Seguridad contra golpes en barandillas, choques con cuerpo duro.

4. PRINCIPIOS GENERALES EN EL DISEÑO DE ELEMENTOS DE VIDRIO ESTRUCTURAL Como todo elemento estructural, el diseño debe cumplir con los requisitos de resistencia, capacidad de servicio y durabilidad. Sin embargo, el vidrio tiene muchos aspectos peculiares que distinguen su proceso de diseño del enfoque para los materiales de construcción más tradicionales: el vidrio, como material con rotura frágil y considerando además la aleatoriedad de su resistencia, necesita de una serie de salvedades en cuanto a los sistemas de cálculo y validación. En el diseño de estructuras de vidrio es necesario incluir el concepto de «seguridad intrínseca o a prueba de fallos» ―se utiliza más el término Fail Safe―. Este enfoque es típico del diseño de aeronaves, donde se acepta que ciertos componentes puedan colapsar en situaciones extremas sin comprometer la estabilidad global del sistema estructural). En el caso de una estructura de vidrio, se puede decir que es segura si el colapso de uno o varios de sus componentes no compromete la seguridad de toda la estructura. Por lo tanto, en el diseño de las estructuras de vidrio se considera el escenario en el que ocurra un fallo espontáneo y/o accidental de algún elemento o parte, y se verifica que la estructura sea capaz de redistribuir las cargas. Para la introducción de este concepto se deben tener en cuenta tres importantes conceptos del diseño con vidrio estructural: jerarquía, robustez y redundancia. La jerarquía asigna índices de importancia a los diferentes elementos estructurales, mientras que la robustez y la redundancia garantizan una seguridad adecuada, incluso en caso de rotura accidental de un elemento de vidrio. La aplicación de los conceptos de jerarquía, robustez y redundancia permite dotar a la estructura de la ductilidad de la que carecen el material y el elemento estructural indi­ vidual. Jerarquía Los elementos estructurales se clasifican en función de las posibles consecuencias y en términos de pérdi­ das, tanto materiales como humanas, resultantes de su colapso. Hay que tener en cuenta la posibilidad de rotura de vidrios, incluso como resultado de acontecimientos fortuitos como impactos acciden-

tales, vandalismo o por la presencia de microdefectos, por ejemplo la presencia de inclusiones de sulfuro de níquel que pueden hacer que el vidrio templado presente rotura espontánea incluso algún tiempo después de su instalación. Según la norma EN19100-1, las estructuras de vidrio se clasifican en función de la clase de consecuencias de su eventual rotura. Basado en esto, se clasificarán en elementos de clase primera, segunda y tercera. Robustez La robustez o solidez es la capacidad que presenta un elemento, o una parte de la estructura, para evitar un daño desproporcionado como consecuencia de una causa que provoque un daño limitado. Por ejemplo, la robustez indica la capacidad de evitar el colapso en el escenario en el que la estructura sufra daños locales debido a acciones accidentales (golpes, vandalismo) o a roturas espontáneas provocadas por defectos en el material o gradientes térmicos. La robustez puede lograrse, por ejemplo: a) al evitar, eliminar o reducir los riesgos a los que puede estar sometida la estructura; b) adoptando una solución estructural poco sensible a los riesgos considerados; c) diseñando un sistema estructural que pueda soportar con seguridad la rotura accidental de un elemento estructural (un contrafuerte en un sistema de fachada colgante, una viga portante en una cubierta) o la aparición de daños localizados en el elemento, como por ejemplo la rotura de una capa en un elemento laminado. Redundancia La redundancia estructural representa la capacidad de la estructura para redistribuir el estado de tensión dentro de sí misma, de modo que el colapso de una parte de la estructura no provoque el colapso de toda la estructura. En una estructura redundante, las cargas pueden ser soportadas: por el mismo mecanismo de resistencia inicial, pero con parámetros reducidos como resultado del daño sufrido (por ejemplo, cuando se reduce la sección resistente); a través de mecanismos resistentes alternativos (por

56 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

ejemplo, cuando hay una rotura de módulo en una fachada suspendida, o cuando se produce una fractura de contrafuerte en un muro cortina). La redundancia estructural puede definirse a varios niveles: para una sección o para el sistema estructural en su conjunto.

4.1. Comportamiento post-rotura Los componentes de vidrio deben diseñarse, además de para el Estado Límite de Servicio (ELS) y el Estado Límite Último (ELU), en los que el vidrio no se ha fracturado, para el Estado Límite de Fractura (ELF) durante la fractura, y para el Estado Límite Postfractura (ELPF) en el que el vidrio ya se ha fracturado. Precisamente la comprobación de los estados límite adicionales ELF y ELPF es un medio para lograr la suficiente robustez y redundancia; es más, en situaciones en las que el riesgo de rotura existe y es crítico, el diseño de los elementos de vidrio debería comenzar con la consideración de ELF y ELPF respectivamente. En estos últimos estados se deberá verificar la resistencia residual y esta verificación podrá realizarse mediante cálculos (evaluación teórica) o mediante ensayos. La verificación de la resistencia residual de los componentes de vidrio cargados en el plano para el ELPF debe realizarse por medio de ensayos, y estos pueden ser tanto in situ como en laboratorio, o mediante el empleo de prototipos. En estos casos se deberá trazar la equivalencia de los sistemas, tanto en sus configuraciones constructivas como en los escenarios de carga. Si se garantiza una trayectoria de carga alternativa, la verificación de la resistencia residual para el ELPF puede obviarse. En general, es importante evaluar el tiempo necesario para que un elemento de vidrio bajo carga de servicio, parcial o totalmente dañado, se derrumbe definiti­vamente. El comportamiento post-rotura depende principalmente del tipo de vidrio utilizado (flotado, endurecido, templado o una combinación de ellos) y la posible asociación con otros materiales (intercalares, refuerzos, tirantes), pero también de las condiciones de contorno y del tipo de elemento estructural del que se trata, y su función dentro de la configuración completa, así como las especificaciones de los elementos subsidiarios. Una posible clasificación, atendiendo a la relevancia estructural, es la siguiente: — Estructura primaria: los elementos de vidrio de esta categoría contribuyen a la ca-

pacidad portante de la estructura principal, y por lo tanto un fallo en estos elementos puede comprometer la capacidad portante de otros elementos primarios o secundarios con la potencial posibilidad de causar grandes daños. Se pueden clasificar de este modo las vigas y pilares de vidrio. — Estructura secundaria: los elementos de vidrio de esta categoría contribuyen a la capacidad portante de la estructura secundaria y también pueden causar grandes daños en caso de fallo. Se incluyen en este apartado cartelas de vidrio, más conocidos glass fins, barandillas sin marco, sistemas de acristalamientos sin marco colgados superiormente, suelos, peldaños de vidrio en escaleras y acristalamientos en cubiertas. — Paneles de relleno: normalmente los elementos de esta categoría son placas de vidrio soportadas por una subestructura en forma de marco en dos o más bordes, como los de los muros cortina e incluye los vidrios no portantes con fijaciones puntuales. Basándose en las clases de consecuencia (CC) propuestas en la CEN/TS 19100-1 (Diseño de Estructuras de vidrio-Parte 1: Bases de diseño y ma­ teriales), cuando el elemento falla, se realiza la clasificación siguiente asociada a la probabilidad de colapso: — CC1: Hay bajas consecuencias para la pérdida de vida humana, y pequeñas o irrelevantes consecuencias económicas, sociales o medioambientales. Pertenecen a este grupo elementos en edificaciones en las que normalmente no hay personas, como por ejemplo edificios de uso agrícola, almacenamiento, invernaderos… — CC2: Hay consecuencias moderadas para la pérdida de vida humana y consecuencias económicas, sociales o medioambientales considerables. Pertenecientes a este grupo edificios residenciales o públicos como por ejemplo edificios de oficinas. — CC3: Hay serias consecuencias para la pérdida de vida o muy elevadas las de valor económico, social o medioambiental. Per­ tenecen a este grupo edificios públicos, tribunas. El CEN/TS 19100-1 deja abierta a los Anejos Nacionales la clasificación de los componentes en

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 57

las clases de consecuencias. También deja abierta la clasificación de los componentes a la evaluación de riesgo, cuya realización dependerá de requisitos particulares del proyecto o bien de códigos normativos. La Figura 4.1 representa sintéticamente el marco de referencia de diseño de los elementos de vidrio estructural. El cálculo en estados límite se basa en el uso de modelos estructurales y de carga

para los estados límite ELS y ELU. Se debe verificar que los valores de cálculo correspondientes no superen ningún estado límite. De este modo se calculan las combinaciones de acciones para ambos estados y se comparan con los valores de resistencia admisible (para ELU) y flecha admisible (para ELS), ambas calculadas a partir de las propiedades del vidrio y datos geométricos. Así se determina si se verifica o no el requisito correspondiente.

Figura 4.1.  Propuesta de clasificación de los componentes de vidrio (CEN/TS 19100-1).

En algunos casos el vidrio también requerirá de una determinada resistencia residual post-rotura para que en el caso de fallo, el elemento siga ofreciendo una determinada resistencia a flexión. Hoy en día determinar esta resistencia sigue siendo un ámbito desconocido por lo que los ensayos destructivos son la única solución fiable. La elección del vidrio depende del modo de rotura. Por lo tanto, el modo de rotura requerido y, por consiguiente, la elección del tipo de vidrio debe aclararse antes de la verificación en los estados lí­ mite. 4.2. Recomendaciones de los elementos Aunque la CEN/TS 19100-1 deja abierta a los Anejos Nacionales la clasificación de los componentes en las clases de consecuencias, se pueden seguir las siguientes recomendaciones de la Istruzioni per la Progettaziones, l’Esecuzione ed il Controllo di Costruzioni con Elementi Strutturali di Vetro (Tabla 4.1).

4.3. Verificación post-rotura Se deben cumplir las siguientes verificaciones: — Verificación de la resistencia del elemento. En condiciones post-rotura el elemento deberá estar en condiciones de soportar las cargas en condiciones críticas, o bien las cargas permanentes y una parte proporcional de cargas accidentales. En el caso de fijaciones puntuales se prestará especial atención a la verificación de la capacidad portante de los vínculos en condiciones críticas. — Verificación de la deformabilidad. En la fase post-rotura se deberá verificar que la deformación del elemento sea compatible con el diseño y construcción de los vínculos, por ejemplo evitando que se suelten las fijaciones. — Verificación contra el riesgo de caída de elementos. Se buscará una rotura segura, es decir, aquella en la que las dimen-

58 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

Tabla 4.1.  Relación entre las CC y las tipologías de elementos. Clase para clasificación pre rotura*

Clase para verificación post-rotura*

1/0

1/0

2/1/0

2/1/0

Cubiertas horizontales (ángulo con la vertical  δiMÁX

 

1,0 INDi = f (|di|)

f (|δ |) ≤ 0  { 1 ≤ f (|δ |) = 0 

IND = f (|δi|)

MÁX i

0,8 0,6 0,4 0,2 0

0

1

2 s (di)

3

4

Figura 7.2.  Función coseno para asignar valor al indicador normalizado.

7.2. Coeficientes de ponderación γim, γfmáx y γt para el modelo

mín

Se realizan dos procedimientos de optimización: a) para el criterio de repetibilidad; b) para el de semejanza. Las características de este proceso son que los parámetros de diseño, son los coeficientes de ponderación y se les asigna un valor entre 0 y 1, la suma es igual a 1. La Ec. 7-6 es la función objetivo a minimizar; se obtiene el SIn de cada impacto respecto a los calculados con el valor de los impactos de referencia (NRI-G y NRI-R).

La aplicación de todo el proceso descrito por los datos de la campaña de ensayos de impacto en vidrio puede resumirse mediante los coeficientes ponderados y la desviación estándar. La Tabla 7.3 muestra toda la información necesaria para realizar una comparación de cualquier impacto a efectos de comparación general (CCG) y de repetibilidad (CCR).

t

∑ (1 – SIn )  j

2

Ec. 7-6

j = 1

Tabla 7.3.  Parámetros del Indice de Similitud. Coeficientes de ponderación

Desviación estándar

gim

gfmáx

gt

sim

sfmáx

st

Modelo repetibilidad (CCR)

0,392

0,508

0,100

2,54

 1,95

2,50

Modelo semejanza (CCG)

0,385

0,224

0,391

7,78

12,35

8,80

Explicaciones más detalladas del modelo se encuentran en [21] [64]. 7.3. Aplicaciones del índice de similitud Como se ha comentado, este procedimiento permitirá comparar registros temporales diferentes, bien sean obtenidos experimentalmente como por modelo MEF complejo, o modelos simplificados de dos grados de libertad (2GL). En este apartado se evalúa el procedimiento desarrollado para comparar registros de impacto de un vidrio templado de 8 mm de espesor (GS-T08-4L), publicados en la norma DIN 18008-4 (20014) para impactos cuyas alturas oscilan desde 200 mm hasta 450 mm (100-220 J aprox.)

con los registros que proporcionan modelos simplificados 2GL. El modelo 2GL que se utiliza se detalla en [64] y considera un grado de libertad para representar el comportamiento del vidrio en el centro de la placa y otro para representar el péndulo definido por la masa y la rigidez (mp = 50 kg; kp = 350 kN/m). La placa de vidrio se caracteriza por kg, la rigidez modal de punto del primer modo de vibración en el centro de la placa, y mg la masa modal del vidrio. Los valores de vidrio se pueden calcular, pero también se pueden obtener con ensayos modales como ha sido en este caso. Para incluir el efecto no lineal debido a los grandes desplazamientos que sufre el vidrio al impactarse, se utiliza un factor de no linealidad que incrementa la rigidez asociada al vidrio [21].

76 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

El Índice de Similitud (SIn) se calcula, en cada caso, para el criterio de repetibilidad y el de semejanza. La norma DIN 18008-4 propone historias temporales de la cabeza del péndulo, incluyendo un margen superior (+) y otro inferior (–). Se toma el registro central como impacto de referencia y el límite superior, el límite inferior y una estimación realizada con el modelo 2GDL como los impactos que se quieren comparar. En la Tabla 7.4 , Tabla 7.5 y la Figura 7.3 se reflejan las historias temporales, los índices de similitud y el valor de los indicadores normalizados para la comparación de semejanza (S) y para la de repetibilidad (R). En cada caso se reco-

gen los resultados para dos impactos de distinta energía. Los valores de repetibilidad se pueden usar para comparar dos pruebas de impactos iguales o para verificar la aceptabilidad de la prueba en sí. Para verificar el enfoque de una prueba de impacto con la referencia estándar, se puede usar una configuración de comparación de semejanza. Los valores del SIn obtenidos con los impactos de la normativa alemana —mayor de 0,1 en repetibilidad y 0,85 en comparación de semejanza— se pueden usar como referencia para definir los valores límite permitidos para aceptar cualquier impacto relacionado con el estándar.

Tabla 7.4.  Impacto de referencia GS-T08-4L-E100_NOM (energía de impacto 100 J). SIn

INDFMÁX

INDIM

INDT

S

R

S

R

S

R

S

R

GS-T08-4L-E100+

0,85

0,10

0,85

0,00

0,70

0,00

1,00

1,00

GS-T08-4L-E100–

0,85

0,10

0,85

0,00

0,70

0,00

1,00

1,00

2GL-T08-4L-E100

0,97

0,57

0,98

0,29

1,00

0,98

0,94

0,40

Tabla 7.5.  Impacto de referencia GS-T08-4L-E220_NOM (energía de impacto 220 J). SIn

INDFMÁX

INDIM

INDT

S

R

S

R

S

R

S

R

GS-T08-4L-E220+

0,85

0,10

0,83

0,00

0,71

0,00

1,00

1,00

GS-T08-4L-E220–

0,85

0,10

0,83

0,00

0,71

0,00

1,00

1,00

2GL-T08-4L-E220

0,99

0,74

0,99

0,52

1,00

0,96

1,00

0,99

Figura 7.3.  Comparación entre impactos T-08-4L con dos niveles de energía.

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 77

Los valores del Indicador de Fuerza (INDFMÁX) y Duración (INDT) para ambos niveles de impacto son similares en las comparaciones de semejanza y repetibilidad. La diferencia en SIn proviene del indicador Impulso INDIM (0,70-0,00) que muestra la importancia de esta variable para diferenciar impactos. Las diferencias numéricas en los indicadores que usan el modelo de repetibilidad respecto al modelo de comparación de semejanza brindan la posibilidad de realizar una evaluación más detallada. Si los indicadores de semejanza de comparación son altos, un análisis de repetibilidad proporciona información adicional sobre las diferencias entre los impactos. 7.4. Evaluación del comportamiento del índice de similitud Con la finalidad de valorar la validez del criterio de comparación se estudian los indicadores y el índice de similitud de más de 38 comparaciones. Realizando un análisis más detallado del comportamiento del criterio de repetibilidad y del criterio de semejanza muestran un comportamiento robusto y uniforme del método de comparación [21]. En la Figura 7.4 se representan los SI obtenidos con los dos criterios de comparación para los vidrios T10. Se pueden acotar tres áreas utilizando los IS de los impactos:

a) entre valores de SI semenjanza de 0,9-1,0 e IS repetibilidad superiores a 0,6 consideramos que los impactos son semejantes y repetibles. b) entre valores de SI semenjanza de 0,7-0,9 e IS repetibilidad entre 0,2-0,6 consideramos que los impactos tiene semejanza pero no se puede garantizar repetibilidad. c) finalmente entre valores de SI semenjanza de 0,4-0,7 e IS repetibilidad inferiores a 0,1 consideramos que el criterio de semejanza permite valorar las diferencia a través de los indicadores INDFMÁX, INDIM, e INT. Cuando no se cuenta con el registro temporal de la aceleración del péndulo, como es el caso de utilizar la máquina impactadora portátil, se necesita definir un criterio de comparación de dos impactos desde la perspectiva del comportamiento de la placa de vidrio: el Indice de Similitud de Comportamiento (ISC). Se puede aplicar, por ejemplo, para contrastar el efecto que tiene sobre la placa de vidrio dos impactos realizados por impactadores cuya dinámica no sea exactamente la misma. Esta diferencia en la dinámica del impacto se debe al cambio de propiedades del elemento impactador: masa, rigidez y huella de impacto. Debido a estos cambios, aun no siendo la carga exactamente la misma, el daño provocado a la placa de vidrio puede ser equivalente. La obtención del procedimiento de este ISC ha sido determinada en [60] y no se considera en el alcance de esta monografía.

Figura 7.4.  Acotación de SI para valorar las comparaciones.

8. CONCLUSIONES La arquitectura de vidrio está batiendo records en prestaciones: acristalamientos de mayores dimensiones, espesores más reducidos, transparencia mejorada, eficiencia energética… El vidrio es un material polifuncional altamente tecnológico y ha encontrado un nicho de mercado en las construcciones singulares. Precisamente en estas realizaciones cada obra es prácticamente prototipo y requiere de un estudio detallado y costoso. Las clasificaciones de tipologías son útiles para la formación, pero no tanto para la práctica profesional debido a la velocidad del cambio. Esto dificulta la redacción y aprobación de guías y recomendaciones de apoyo al diseño, siendo necesario trabajar con un equipo profesional experto que esté familiarizado con la colección de normativas en uso. Se presentan las conclusiones del estudio de tipologías y elementos constructivos e investigación sobre el impacto blando. En las realizaciones de cerramientos y cubiertas, las conexiones de apoyo continuo no han tenido innovaciones destacables; por el contrario, dentro del grupo de conexiones de apoyo puntual se han encontrado multitud de rótulas, arañas y presillas de diferentes fabricantes y tipologías. En cuanto a la definición de las acciones de explosión, intrusión y escombros movidos por el viento, se debe recurrir a normativas europeas e internacionales para los métodos de verificación. En las aplicaciones del vidrio en barandillas destacan las soluciones singulares de barandillas de vidrio laminado de una sola pieza y las barandillas de vidrio curvo, sobre todo, en escaleras de hasta 15 m de longitud. Al igual que en cerramientos, el desarrollo de las fijaciones puntuales e insertos es muy amplio. En cuanto a las prestaciones de seguridad indicadas en las normas, estas proporcionan ejemplos de soluciones aceptadas, y no especificaciones técnicas de flechas máximas admisibles, por ejemplo. Actualmente se siguen realizando trabajos de investigación en cuanto a los intercalares innovadores, la mejora de la resistencia al fuego e impacto y en la contribución a la resistencia post-rotura. En el caso de suelos se aprecian cada vez más realizaciones de puentes y pasarelas, y destaca su uso en centros comerciales y edificios de interés turístico

(balcones de vidrio en rascacielos). Merece ser destacado el desarrollo de nuevos anclajes: insertos metálicos embebidos en el vidrio laminado. Las normas de requisitos de prestaciones y ensayos son diferentes en la mayoría de países. Se deberían incluir en normativa métodos de ensayo post-rotura y ensayos de resistencia a impacto para configuraciones con apoyos puntuales para verificar las prestaciones de seguridad. El uso de escaleras de vidrio es cada vez más numeroso, sobre todo en arquitectura comercial e industrial. Destacan las conexiones entre peldaños y barandillas mediante insertos embebidos en los vidrios y el uso de barandillas de una sola pieza. En normativa se dan especificaciones generales para el diseño de escaleras, pero no para escaleras de vidrio y se deberían incluir ensayos de resistencia post-rotura al igual que en suelos y barandillas. Con relación a los elementos principales, pilares, ha habido poca evolución tipológica ya que en realizaciones de los años noventa se encontraban las configuraciones de cartelas o pilares exentos de sección cruciforme. Hay un gran potencial de trabajo de investigación que está generando nuevas geometrías. Se pueden realizar las comprobaciones estructurales por verificación de cálculo, aunque la resistencia post-rotura o acciones accidentales normalmente se estima con procedimiento experimental. En los elementos principales, vigas, sí se aprecia una evolución tipológica. Por limitaciones del material no se fabricaban vigas continuas de larga longitud, debiendo recurrir a secciones unidas mecánicamente o diseños singulares. Las mejoras de los adhesivos estructurales y su alta transparencia permite fabricar vigas de grandes longitudes aparentemente continuas, pero formadas en realidad por láminas contrapeadas. El potencial de investigación en esta línea está en optimizar su respuesta estructural reforzando las vigas en la cara traccionada con distintos materiales, e incluso con cables de pretensado y postesado. De nuevo las comprobaciones estructurales en los diseños sencillos se pueden realizar por verificación de cálculo. Los diseños complejos requieren validación por experimentación en las conexiones, determinación de resistencia postrotura y ante acciones accidentales.

80 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

La consecuencia de una rotura en los componentes de vidrio pone en peligro la vida de las personas y por ello, los elementos de vidrio deben diseñarse, además de para el Estado Límite de Servicio (ELS) y el Estado Límite Último (ELU) ―en los que el vidrio no se ha fracturado―, para el Estado Límite de Fractura (ELF) durante la fractura, y para el Estado Límite Postfractura (ELPF), en el que el vidrio ya se ha fracturado. Precisamente la comprobación de los estados límite adicionales ELF y ELPF es un medio para lograr la suficiente robustez y redundancia; es más, en situaciones en las que el riesgo de rotura existe y es crítico, el diseño de los elementos de vidrio debería comenzar con la consideración de ELF y ELPF respectivamente. La comprobación mediante ensayos a escala de la resistencia a impacto en elementos que reproducen las configuraciones de los vidrios y las condiciones de contorno es una práctica habitual. En general, las especificaciones de resistencia post-rotura no están claramente identificadas, por lo que se evaluará la resistencia residual mediante ensayos y modelado. Se ha identificado falta de especificaciones técnicas para algunas aplicaciones: — En el caso de barandillas, por ejemplo, hay limitaciones en condiciones de servicio, ya que no se indica la flecha máxima; hay configuraciones que es muy normal recurrir a verificación por ensayo (solución empotrada-libre). — En el caso de suelos, se reducen las caídas y por lo tanto el impacto con el cumplimiento de la exigencia de resbaladicidad; requiere de tratamientos especiales o capas de sacrificio. El nivel de carga y la duración de la verificación postrotura es función del uso y ocupación del suelo. La respuesta ante acciones especiales requiere verificación por ensayo (impacto, intrusión, explosivos, sismo…) y en particular si se trata de configuraciones novedosas. Una de las principales dificultades para la realización de los ensayos de impacto en laboratorio está en reproducir las condiciones constructivas de obra. Las verificaciones en obra se han realizado con el enfoque del control de calidad, no con el de documentar conocimiento. Partiendo de una campaña experimental extensa se ha realizado un estudio detallado del impacto humano que ha permitido identificar los parámetros críticos que definen el comportamiento del péndulo y de la placa impactada que, a su vez, han facilitado la definición de las hipótesis para los modelos. Se ha establecido

la diferencia entre el nivel de impacto teórico y el nivel de impacto realmente aplicado. Además, a partir de la historia temporal de la aceleración del péndulo y del amortiguamiento del conjunto se ha aproximado el impacto al momento del contacto. La aceleración máxima, el impulso y la duración son los parámetros principales para describir y comparar los impactos y definir un nivel de energía más aproximado al real. Este último parámetro es importante para introducir en los modelos numéricos y reproducir las tensiones correspondientes con una probabilidad de fallo calculada. Se ha definido un criterio de comparación de historias temporales de impactos. El criterio de comparación, Índice de Similitud, se puede usar para obtener y cuantificar el nivel de semejanza entre impactos calculados con modelos, obtenidos de ensayos o los generados en modelos en comparación con los ensayos. El uso del SI es especialmente útil a la hora de validar impactos y comparar aproximaciones de modelos analíticos, siendo tan solo necesario para su uso el registro de la aceleración del elemento impactador. El procedimiento de comparación ha sido contrastado y verificado con ejemplos. Las conclusiones obtenidas son las siguientes: — Se han verificado los criterios de repetibilidad y semejanza combinando datos de modelos 2DOF simplificados, ensayos y normativa. Cada uno de los criterios de similitud cumple su objetivo de comparación en función de la procedencia y utilidad del análisis a realizar. — Los ejemplos muestran que el SI y los indicadores brindan información precisa sobre la similitud entre los impactos, indicando el parámetro que produce las diferencias entre los resultados. — El rango de impacto proporcionado por las historias de aceleraciones propuestas en la normativa alemana muestra un SI de 0,10 para propósitos de repetibilidad, mientras que el análisis de semejanza de los resultados muestra valores de SIn superiores a 0,85. Por lo tanto, parece que la normativa define los impactos permisibles con un índice de semejanza entre 0,85 y 0,93. Tras el análisis de comportamiento del SI se ha propuesto un criterio de aplicación para discernir si el nivel de similitud tanto de repetibilidad como de semejanza es aceptable, estableciendo el límite aceptable en 0,7 para semejanza y 0,6 en repetibilidad.

9. BIBLIOGRAFÍA [1]

Xinhua, B. M. (2016). El puente con suelo de cristal del cañón de Zhangjiajie (China), en imágenes. Disponible en www.levidrio.es/blog-5/ [Consulta: 30 de junio de 2016]. [2] O’Callagham, J. y Bostik, C. (2012). «The Apple Glass Cube: version 2.0.», en Challenging Glass 3 -Conference on Architectural and Structural Applications of Glass (Delf, Netherlands 28-29 June, 2012), pp. 57-65. [3] Sanchez-Gil, J. (2019). «Curved Glass: Reshaping architectural glass with new possibilities and frontiers», en All eyes on smarter glass, Glass Performance Days 2019 (Tampere, Finland 26-28 June, 2019), pp. 26-29. [4] Dowle, B. (2019). «Design and validation of large format and double curved self spanning horizontal laminate glass: Is it worth the effort?», en All eyes on smarter glass, Glass Performance Days 2019 (Tampere, Finland 26-28 June, 2019), pp. 38-48. [5] Neugebauer, J.; Wallner-Novak, M.; Wrulich, C.; Baumgartner, M. y Kalteis, S. (2019). «Adaptative Façades systems made from thin glass», en All eyes on smarter glass, Glass Performance Days 2019 (Tampere, Finland 26-28 June, 2019), pp. 310-314. [6] CEN. UNE-EN 572-1:2012 - Vidrio para la edificación. Productos básicos de vidrio de silicato sodocálcico. Parte 1: definiciones y propiedades generales físicas y mecánicas. [7] ASTM. ASTM C 1048-18 - Standard Specification for Heat-Strengthened and Fully Tempered Flat Glass. [8] CEN. UNE-EN 1863-1:2012 - Vidrio para la edificación. Vidrio de silicato sodocálcico termoendurecido. Parte 1: Definición y descripción. [9] Feldmann, M.; Kasper, R.; Abeln, B.; Cruz, P.; Belis, J.; Beyer, J.; Colvin, J.; Ensslen F., Eliasova, M.; Galuppi, L.; Gessler, A.; Grenier, C.; Haese, A.; Hoegner, H.; Kruijs R.; Langosch, K.; Louter, Ch.; Manara, G.; Morgan, T.; Neugebauer, J.; Rajcic V. R, Carfagni, G.; Schneider, J.; Schula, S.; Siebert, G.; Sulcova, Z., y Wellershoff F. Z. R. (2014). Guidance for European Structural Design of Glass Components. Support to the implementation, harmonization and further development of the Eurocode, Dimova, S.; Pinto, A.; Feldmann, M.; Denton S. (eds.). [10] Huerta, C.; Pacios, A.; Saboya, S.; Alonso, J., y Capel, F. (2014). «Influencia de un recubrimiento de

vinilo en la tensión de fractura del vidrio en ensayos de anillos concéntricos con gran superficie», en Anales de Mecánica de Fractura, XXXI encuentro del grupo Español de Fractura (San Lorenzo del Escorial, España 2-4 abril, 2014), pp. 249-253. [11] CEN. UNE-EN 12150-1:2016 - Vidrio para la edificación. Vidrio de silicato sodocálcico de seguridad templado térmicamente. Parte 1: Definición y descripción. [12] Compagno, A.; Achenbach, J.; Sobeck, W.; Blandini, L.; Maier, F.; Knippers, J.; Peters, S.; Kaltenbach, H.; Moritz, K.; bartel, R.; Schäfer, S., y Gränzer, M. (2014). Translucent material,. Birkäuser/Edition, Detail, Munich. [13] Ledbetter, S. R.; Walker, A. R., y Keiller, A. P. «Structural use of glass». J. Archit Eng, 12(3) (2006), pp. 137-149. [14] Schittich, C. (2002). «Transparencia y translucidez. La estética arquitectónica del vidrio». Detail: Revista de arquitectura y detalles constructivos, 4, p. 354. [15] Cerezo Miguel, J. M. (2015). «Nuevo concepto de elementos horizontales de vidrio: placa autoportante y pretensada en forma de PI, tesis doctoral», Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid, Universidad Politécnica de Madrid. [16] CEN. UNE-EN16613:2020 - Vidrio para la edificación. Vidrio laminado y vidrio laminado de seguridad. Determinación de las propiedades viscoelásticas del intercalario. [17] CEN. UNE-EN 1288-5:2000 - Vidrio para la edificación. Determinación de la resistencia a flexión del vidrio. Parte 5: Ensayo con anillos concéntricos dobles sobre probetas planas, con pequeñas superficies de solicitación. [18] CEN. UNE-EN 1288-3:2000 - Vidrio para la edificación. Determinación de la resistencia a flexión del vidrio. Parte 3: Ensayo con probetas soportadas en dos puntos (flexión cuatro puntos). [19] CEN. UNE-EN 1288-2:2000 - Vidrio para la edificación. Determinación de la resistencia a flexión del vidrio. Parte 2: Ensayo con anillos concéntricos dobles sobre probetas planas, con grandes superficies de solicitación. [20] Huerta, C.; Pacios-Álvarez, A.; Lamela-Rey, M.-J., y Fernández-Canteli, A. (2011). «Influence of Experimental Test Type on the Determination of Probabilistic Stress Distribution», en Glass Performance

82 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

Days 2011 (Tampere, Finland 17-20 June 2011), pp. 449-452. [21] Alonso Álvarez J. (2021). «Modelos simplificados y de elementos finitos para el estudio del impacto humano en vidrios de edificación», tesis doctoral, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Madrid. [22] Schneider, J., y Schula, S. (2016). «Simulating soft body impact on glass structures», en Institution of Civil Engineers Proceedings Structures and Buildings, 169(6), pp. 416-431. [23] Abascal Capilla, A. (2016). «Identificación de prestaciones en nuevas aplicciones de vidrio estructural», trabajo fin de grado, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Madrid. [24] Pacios Álvarez, A., y Ortiz Marcos, I. (2004). «Determinación de la contribución del suelo a la resbaladicidad», en Actas del VIII Congreso Internacional de Ingeniería de Proyectos (Bilbao, España 6-8 octubre, 2004), ref. ICPU-13, pp. 1422-1429. [25] Guzmán Lladós, A. (2017). «Estudio de la influencia de la rigidez estructural de conexiones en el dimensionado de acristalamientos», trabajo fin de grado, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Madrid. [26] Schittich, C. y Sarachu, E. (2008). «Fachadas», Detail: Revista de arquitectura y detalles constructivos, 8, 131 p. [27] CEN. UNE-EN 13541:2001 - Vidrio para la construcción. Vidrio de seguridad. Ensayo y clasificación en función de la resistencia a la presión de explosión. [28] ASTM. ASTM E1886:2004a - Standard test method for performance of exterior windows, curtain walls, doors, and impact protective systems impacted by missile(s) and exposed to cyclic pressure differentials. [29] ASTM. ASTM E1996:2020 - Standard specification for performance of exterior windows, curtain walls, doors, and impact protective systems impacted by windborne. [30] Fernández Navarrete, J. (2011). «Análisis tensional de paneles de vidrio entorno al anclaje puntual», trabajo fin de máster, Escuela de Edificación, Universidad Politécnica de Madrid. [31] The national review of design and practice. The official magazine of the RAIC. Disponible en www.canadianarchitect.com/features/stairs-and-louvres/, [Consulta: 15 de julio de 2016]. [32] DIN. DIN 18008-5:2013-07 - Glass in Building. Design and consruction rules. Part 5: Additional requirements for walk-on glazing. [33] Champalimaud Foundation. Disponible en www.bellapart.com, [Consulta: 15 de julio de 2016]. [34] The Ledge at Skydeck Chicago. Disponible en www. som.com/projects/the-ledge-at-skydeck-chicago/, [Consulta: 25 de julio de 2022].

[35] Apple Store Osaka. Disponible en www.ecocengineers.com, [Consulta: 5 de julio de 2016]. [36] O’Callaghan, J. (2022). The Apple Stores interview «A progression of structural strengthing stair/balaustrade ensembles made of lamianted glass». Laminated glass news, Disponible en https://www. trosifol.com/architectsengineerscorner/expertviews/interview-with-james-ocallaghan/, [Consulta: 25 de julio de 2022]. [37] Ouwerkerk, E. (2011). «Glass columns. A fundamental study to slender glass columns assembled from rectangular monolitic flat glass plates under compression as a basis to design a structural glass column for a pavillion», tesis doctoral, Technology University of Delf. [38] Núñez Díaz, M. A. (2015). «Modelización de la respuesta de elementos estructurales lineales de vidrio plano: vigas y pilares pretensados», tesis doctoral, Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid, Universidad Politécnica de Madrid. [39] Louter, C.; Belis, J.; Veer, F. y Lebet, J. (2012). «Structural responde of SG laminates reinforced glass beams; experimental investigations on the effects of glass type, reinforcement percentage and beam size», Eng Struct, (36), pp. 292-301. [40] Häglöf, A. (2011). «Structural glass elements: design of glass columns», tesis doctoral, University of Lulea. [41] Boss F.; Louter, C. y Veer, F. (2008) (eds.). Challenging glass: Conference on architectural and structural applications of glass (Delf, Netherlands 22-23 May, 2008), Faculty of Architecture, Delf Univerity of Technology, IOS Press. [42] Haldimann, M.; Luible, A. y Overend, M. (2008). Structural Use of Glass, Structural Engineering Document No. 10, IABSE. [43] Postigo, S.; Pacios, A. y Huerta, C. (2011). «Basic design criteria for an impact test frame for safety glazing», Bol la Soc Esp Ceram y Vidr, 50(5), pp. 273-278. [44] Sanchidrián A.; Parra, J. A.; Alonso, J.; Huerta, C. y Pecharromán, J. (2017). «Influence of different boundary conditions of glass plates on human impact resistance», en 4th international conference on mechanical models in structural engineering (Madrid, Spain 29 November-1December, 2017), CMMOST, pp. 371-386. [45] Brendler, S. A. (2007). «Rechnerisches bemessungskonzept für absturzsichernde glastafeln», tesis doctoral, Fakultät Architektur, Bauingenieurwesen und Umweltwissenschaften der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig. [46] Huerta, M. C.; Parra Hidalgo, J. A.; Pacios-Álvarez, A. y Sánchez Herrera, J. (2015). «Laminated glass resistance against human impact», en Proceedings of the 6th International Operational Modal Analysis Conference (Gijón, Spain, 12-14 May 2015), pp. 75-83.

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN 83

[47] Mohagheghian, I.; Wang, Y.; Zhou, J.; Yu, L.; Guo, X.; Yan y Charalambides, M. N. (2017). «Deformation and damage mechanisms of laminated glass windows subjected to high velocity soft impact», Int J Solids Struct, 109, pp. 46-62. [48] BS. BS 6206:1981 - Specification for impact performance requirements for flat safety glass and safety plastics. [49] Ruiz Duerto, A. (1994). «Guía técnica de UEATc para la evaluación de la aptitud de empleo de los sistemas de Acristalamientos exteriores Encolados (AEE) en fachadas ligeras, 1.ª parte», Informes de la construcción, 46 (431), pp. 1-28. [50] ETB. Directiva «Asturzsicherung Bauteile, die gegen Absturz sichern». Comunicado del DIBt 2/87 sección 5.49, 1985. [51] DIN. DIN 18008-2:2020-05 - Glass in Building. Design and construction rules. Part 2: Linearly supported glazing. [52] DIBt (2003). Technische Regeln für die Verwendung von absturzsichernden Verglasungen (TRAV). Deutsches Institut für Bautechnik. [53] DIN. DIN 18008-4:2013-07 - Design and construction rules. Part 4: Additional requirements far barrier glazing. [54] DIN. DIN 4103-1:2015-06 - Internal Non-Loadbearing Partitions. Part 1: Requirements and ­verification. [55] CSTB. Cahier CSTB 3034:2018, Garde-corps. Essais statique et dynamique sur garde corps en verre encastré en pied. [56] Ramos A.; Pelayo, F.; Lamela, M. J.; Fernández Canteli, A.; Huerta, M. C., y Pacios, A. (2013). «Evaluation of damping properties of structural glass panes under impact loading», en Proc COST Action TU0905 Mid-Term Conf Struct Glas (Porec, Croatia 18-19 April 2013), pp. 113-120.

[57] Postigo S.; Pacios, A., y Huerta, C. (2011). «Basic design criteria for an impact test frame for safety glazing», Bol la Soc Esp Ceram y Vidr, 50(5), pp. 273-278. [58] Pacios Álvarez, A.; Postigo Pozo, S., y Huerta Gómez de Merodio, M. C. (2011). «Relationship between characteristic parameters of impact test for safety glasses», Suppl Glas/Glas Build, 80(S1), pp. 61-66. [59] Postigo Pozo, S. (2010). «Estudio teórico experimental de impactos humanos contra vidrios de acristalamientos de edificación», tesis doctoral, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Madrid. [60] Parra Hidalgo, J. A. (2021). «Método alternativo para registrar el nivel de excitación en ensayos de impacto humano», tesis doctoral, Escuela Técncia Superior de Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Madrid. [61] Kozłowski, M. (2019). «Experimental and numerical assessment of structural behaviour of glass balustrade subjected to soft body impact», Compos Struct., 229, p.111380. [62] Parra Hidalgo, J. A.; Pacios Álvarez, A.; Alonso Álvarez, J., y Huerta, M. C. (2017). Máquina portable y procedimiento para realizar ensayos de impacto blando, con área de aplicación de carga grande, sobre materiales frágiles, Patente ES 2 606 331. [63] CEN. UNE-EN 12600:2003 - Vidrio para la edificación. Ensayo Pendular. Método de ensayo al impacto y clasificación para vidrio plano. [64] Alonso, J.; Parra, J. A.; Pacios, A., y Huerta, M. C. (2019). «Similarity index: A procedure for comparing impact time histories validated with soft impact test». Eng Struct, 198, p. 109513.

LISTADO DE FIGURAS Figura 1.1. Izquierda, Puente Zhangjiajie en China, julio 2016; derecha, Apple Store de Nueva York, 2011. Figura 1.2. Izquierda, Tienda de Prada en Tokio, 2003; derecha, Nordpark Railway Station en Insbruck, 2007. Figura 1.3. Aplicaciones de vidrio estructural [3] [4] [5]. Figura 2.1. Distribución de tensiones en vidrio termoendurecido, templado térmicamente y templado químicamente [9]. Figura 2.2. Fragmentación vidrio recocido, termoendurecido y templado [10]. Figura 2.3. Ejemplos de aplicaciones que emplean vidrios que han necesitado procesos de transformación para mejorar las propiedades ópticas y energéticas [14]. Figura 2.4. Ensayos de anillos concéntricos de pequeña superficie (izquierda) y flexión a 4 puntos (centro), y anillos concéntricos de gran superficie (derecha) [2] [18] [17]. Figura 2.5. Probabilidad de supervivencia del sistema y distribución de tensión principal de tracción. Figura 2.6. Probabilidad de fallo de probetas: experimental y estimadas con MRF[20] [10] [21]. Figura 3.1. Tipos de fijaciones puntuales. Figura 3.2. Patrón de fractura en panel de vidrio superior (izquierda), ensayo de impacto de cuerpo duro (derecha), n.º 150 Cheapside, Londres. Figura 3.3. Tienda Apple de Osaka, 2004, [35]. Figura 3.4. Escaleras Apple Store de West 14th Street de Nueva York (izquierda) conexión entre barandillas y viga (derecha) [35]. Figura 3.5. Escaleras Apple IFC de Shanghai (izquierda), conexión entre barandillas y viga (derecha) [35]. Figura 3.6. Escaleras Apple Soho de Nueva York, [35]. Figura 3.7. Escaleras Four Season Center for the Performing Arts Toronto. Figura 3.8. Escalera de la tienda «The Joseph» en Londres. Figura 3.9. Arriba, Casa Museo del vidrio Broadfield; Abajo, Marquesina con pilares y vigas de vidrio estructural (Werner Sobek), 1997. Figura 3.10. Centro cívico Sant Germain en Laye Brunet Saunier Architecture, Pilar de planta cruciforme (Brunet Saunier Architecture), 1995. Figura 3.11. Prototipos ensayados por E. Ouwerkerk, 2011 [37]. Figura 3.12. Pilares cruciformes, Entrada Danfoss, Dinamarca, Bagger, A, 2010. Figura 3.13. Wolfson Building of the Medical Faculty of the University of Glasgow (izquierda); IHK building, Munich (derecha).

Figura 3.14. Longitud final de una viga a base de elementos contrapeados (izquierda); Viga con refuerzo inferior de acero inoxidable (derecha). Figura 3.15. Viga de sección en cajón (izquierda), viga sección en T postensionada (derecha). Figura 3.16. Configuración de vigas a escala y equipo de aplicación de carga de precompresión. Figura 3.17. Tipologías de vigas ensayadas por Louter [39]. Figura 3.18. Uniones de vigas mecánicas y con adhesivos [40]. Figura 3.19. Ensayos de F. Veer con diferentes configuraciones de refuerzo [41]. Figura 3.20. Influencia de la configuración del refuerzo (izquierda) o de la viga (derecha) en la respuesta del elemento estructural. Figura 4.1. Propuesta de clasificación de los componentes de vidrio (CEN/TS 19100-1). Figura 5.1. Configuración del péndulo de impacto. Figura 5.2. Registro de datos de un impacto de la misma altura para vidrios con distintas configuraciones y registro de la huella. Figura 5.3. Registros de los parámetros característicos del ensayo de péndulo. Figura 5.4. Descripción del impacto y registros temporales de aceleración y deformaciones durante el impacto. Selección de parámetros instantáneos. Figura 5.5. Altura máxima y de recuperación del péndulo respecto a la altura nominal. Figura 5.6. Energía inicial, final y perdida respecto la velocidad nominal. Figura 5.7. Relación entre la aceleración máxima y el impulso con la velocidad nominal. Figura 5.8. Impulso nominal y efectivo frente a altura nominal. Figura 5.9. Relación de las microdeformaciones máximas con la velocidad nominal. Figura 5 10: Tensión equivalente adimensional frente a la velocidad modificada. Figura 6.1. Esquema conceptual del impactador portátil. Figura 6.2. Vista general de los prototipos. Figura 6.3. Historia temporal, real y simplificada para el modelo, de la aceleración de la cabeza durante un impacto. Figura 6.4. Registro temporal experimental y modelo propuesto de un impacto. Figura 6.5. Impulso teórico versus impulso efectivo. Figura 6.6. Aceleración máxima en función del impulso: izquierda) péndulo; derecha) impactador.

86 ANTONIA PACIOS ÁLVAREZ (COORD.) ET AL.

Figura 6.7. Deformación vertical máxima en función del impulso: izquierda) péndulo; derecha) prototipo funcional. Figura 6.8. Deformación horizontal máxima en función del impulso: izquierda) péndulo; derecha) prototipo funcional. Figura 7.1. Parámetros de comparación de impacto de estudio (ImS) y de referencia (ImR).

Figura 7.2. Función coseno para asignar valor al indicador normalizado. Figura 7.3. Comparación entre impactos T-08-4L con dos niveles de energía. Figura 7.4. Acotación de SI para valorar las compara­ ciones.

LISTADO DE TABLAS Tabla 2.1. Propiedades del vidrio termendurecido y templado térmicamente. Tabla 2.2. Características físicas de distintos intercalares [15]. Tabla 2.3. Resistencia a la flexión característica según normativa europea. Tabla 2.4. Valores de tensiones para tres probabilidades de fallo. Tabla 3.1. Referencias de cerramientos o cubiertas utili­ zadas. Tabla 3.2. Propuesta de clasificación para vidrios de cerramientos. Tabla 3.3. Referencias de barandillas y acristalamientos. Tabla 3.4. Clasificación de barandillas según su sistema constructivo. Tabla 3.5. Clasificación de barandillas según el tipo de estructura. Tabla 3.6. Realizaciones de vidrio en suelos. Tabla 3.7. Propuesta de clasificación atendiendo a las tendencias de construcción. Tabla 3.8. Propuesta de clasificación para pilares.

Tabla 3.9. Propuesta de clasificación para vigas. Tabla 3.10. Alturas típicas de impacto en normativa europea [46]. Tabla 4.1. Relación entre las CC y las tipologías de elementos. Tabla 4.2. Capacidad portante post-rotura de un vidrio laminado en función del tipo de vidrio. Tabla 5.1. Parámetros principales asociadas a magnitudes físicas. Tabla 6.1. Resultados del modelo paramétrico del prototipo funcional. Tabla 6 2. Comparación de niveles de carga. Tabla 7.1. Parámetros de correlación para definir los impactos nominales. Tabla 7.2. Valores adoptados para el indicador duración. Tabla 7.3. Parámetros del Índice de Similitud. Tabla 7.4. Impacto de referencia GS-T08-4L-E100_NOM (energía de impacto 100 J). Tabla 7.5. Impacto de referencia GS-T08-4L-E220_NOM (energía de impacto 220 J).

439

MONOGRAFÍAS DEL IETcc

MONOGRAFÍAS DEL IETcc  N.º 439

426. Eloy Velasco Gómez y Jon Zubizarreta Sasia (coords.), Forjados activos para edificios eficientes, 2018. 427. Eloy Asensio de Lucas (coord.), Valorización de los residuos de construcción y demolición (RCD) como puzolanas alternativas, 2018. 428. Ignacio Oteiza San José (coord.), La envolvente energética de la vivienda social. El caso de Madrid en el periodo 1939-1979, 2018. 429. Ronaldo Soares Teixeira (coord.), Celulosa nanofibrilada y pulpa celulósica usada como refuerzo en materiales, 2019. 430. Esperanza Menéndez Méndez, Estrategia integral de prevención de la reacción árido-álcali, 2019. 431. Fernando Martínez Soriano y Enrique Martínez Sierra, Análisis y cálculo de refuerzo de forjados de madera: el CLT como alternativa al hormigón armado, 2019. 432. David Hernández Falagán, Innovación tecnológica en la arquitectura de Tous y Fargas, 2020. 433. Laura Caneda Martínez, Moisés Frías Rojas, César Medina Martínez y María Isabel Sánchez de Rojas Gómez, Aprovechamiento de los residuos procedentes de la minería del carbón como puzolanas para la fabricación de nuevos eco-cementos, 2021. 434. Ana Tejero González (coord.), Tecnologías de enfriamiento evaporativo: hacia una climatización descarbonizada y eficiente, 2021. 435. María Eugenia Maciá Torregrosa, Comportamiento de las estructuras de fábrica en caso de incendio. Técnicas de diagnóstico, reglamentación y método simplificado de cálculo, 2022. 436. Borja Frutos Vázquez (coord.), Mitigación de radón mediante técnica de despresurización. Avances en el diseño y aplicación, 2022. 437. Paloma Arias Holguín-Veras, Héctor Orozco Camargo, Raül Serra i Fabregà, Joan-Lluis Zamora i Mestre (coord.), Revestimientos de trencadís con vidrio veneciano de pan de oro en las arquitecturas del modernismo. Comportamiento y reconocimiento de las anomalía, 2023.

Los avances en la tecnología del vidrio y su grado innovación nos proporcionan un material de construcción cada vez más interesante para arquitectos e ingenieros: el vidrio como elemento estructural. Prueba de la importancia de las construcciones con vidrio actualmente, desde el CEN/TC 250/SC 11 se está trabajando en la redacción de un eurocódigo para el vidrio estructural. Este documento equiparará el vidrio a otros materiales estructurales, como acero u hormigón, y unificará las normativas estatales existentes. En esta propuesta de monografía se tratan dos partes diferenciadas: la primera, relacionada con la revisión de aplicaciones y la propuesta de clasificación atendiendo a criterios constructivos, así como la identificación de las prestaciones especiales de seguridad que se verifiquen de manera empírica; y la segunda parte, centrada en el estudio de una de las prestaciones: la resistencia a impacto humano. Se seleccionan las aplicaciones de vidrio estructural (fachadas, cubiertas, barandillas, suelos, escaleras, pilares y vigas) y se procede a la revisión de la normativa para cada una de ellas, en su mayor parte europea; de este modo, se identifican las prestaciones de seguridad y criterios de diseño pertinentes. El objetivo principal de la segunda parte de esta monografía es profundizar en el estudio experimental y teórico de impactos de personas sobre acristalamientos de seguridad para edificios. Se presenta un trabajo experimental, apoyado por modelos simplificados o de elementos finitos convenientemente actualizados, y se propone un método alternativo para registrar el nivel de excitación en ensayos de impacto humano.

ARQUITECTURA EN VIDRIO ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN Antonia Pacios Álvarez (coord.) José Antonio Parra Hidalgo Jesús Alonso Álvarez María Consuelo Huerta Gómez de Merodio

438. Gabriel Muñoz Rebollo, Puentes-arco de Gabriel Rebollo Canales, pionero del hormigón armado de finales del siglo xix a principios del xx, 2023. CSIC

Cubierta_Monografia_439.indd 1

Los autores de esta monografía son miembros de un equipo multidisciplinar que cuenta con perfiles profesionales de ingeniería industrial y arquitectura, y con diferentes desempeños, tales como la docencia y el trabajo en empresa, como se puede ver en sus perfiles académicos. Este trabajo ha sido desarrollado en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid. Su línea de investigación se inició con el proyecto «Seguridad ante impacto humano de los acristalamientos en edificación» (BIA2003-07022) y continuó con el proyecto «Dimensionamiento de los elementos de vidrio para el cumplimiento de los requisitos de seguridad de utilización» (BIA2011-28959-C02-02). Son, asimismo, miembros del grupo español de seguimiento del CEN/TC 250/SC 11-Structural Glass y del comité espejo CTN-UNE 140/GT 3 Vidrio estructural.

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN

425. David Revuelta Crespo, Pedro Carballosa de Miguel y José Luis García Calvo, Guía para el empleo de hormigones expansivos, 2017.

MONOGRAFÍAS DEL IETcc

ÚLTIMOS TÍTULOS PUBLICADOS

Antonia Pacios Álvarez (coord.), José Antonio Parra Hidalgo, Jesús Alonso Álvarez y Consuelo Huerta Gómez de Merodio

CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS

Imágenes de cubierta: «Muro cortina de vidrio de la Estación Central de Berlín» (imagen superior izquierda); «Ensayo con anillos concéntricos sobre probetas planas con grandes superficies de solicitación» (imagen inferior izquierda); «Ensayo de impacto humano» (imagen derecha) (fotografías de los autores).

31/8/23 16:48

439

MONOGRAFÍAS DEL IETcc

MONOGRAFÍAS DEL IETcc  N.º 439

426. Eloy Velasco Gómez y Jon Zubizarreta Sasia (coords.), Forjados activos para edificios eficientes, 2018. 427. Eloy Asensio de Lucas (coord.), Valorización de los residuos de construcción y demolición (RCD) como puzolanas alternativas, 2018. 428. Ignacio Oteiza San José (coord.), La envolvente energética de la vivienda social. El caso de Madrid en el periodo 1939-1979, 2018. 429. Ronaldo Soares Teixeira (coord.), Celulosa nanofibrilada y pulpa celulósica usada como refuerzo en materiales, 2019. 430. Esperanza Menéndez Méndez, Estrategia integral de prevención de la reacción árido-álcali, 2019. 431. Fernando Martínez Soriano y Enrique Martínez Sierra, Análisis y cálculo de refuerzo de forjados de madera: el CLT como alternativa al hormigón armado, 2019. 432. David Hernández Falagán, Innovación tecnológica en la arquitectura de Tous y Fargas, 2020. 433. Laura Caneda Martínez, Moisés Frías Rojas, César Medina Martínez y María Isabel Sánchez de Rojas Gómez, Aprovechamiento de los residuos procedentes de la minería del carbón como puzolanas para la fabricación de nuevos eco-cementos, 2021. 434. Ana Tejero González (coord.), Tecnologías de enfriamiento evaporativo: hacia una climatización descarbonizada y eficiente, 2021. 435. María Eugenia Maciá Torregrosa, Comportamiento de las estructuras de fábrica en caso de incendio. Técnicas de diagnóstico, reglamentación y método simplificado de cálculo, 2022. 436. Borja Frutos Vázquez (coord.), Mitigación de radón mediante técnica de despresurización. Avances en el diseño y aplicación, 2022. 437. Paloma Arias Holguín-Veras, Héctor Orozco Camargo, Raül Serra i Fabregà, Joan-Lluis Zamora i Mestre (coord.), Revestimientos de trencadís con vidrio veneciano de pan de oro en las arquitecturas del modernismo. Comportamiento y reconocimiento de las anomalía, 2023.

Los avances en la tecnología del vidrio y su grado innovación nos proporcionan un material de construcción cada vez más interesante para arquitectos e ingenieros: el vidrio como elemento estructural. Prueba de la importancia de las construcciones con vidrio actualmente, desde el CEN/TC 250/SC 11 se está trabajando en la redacción de un eurocódigo para el vidrio estructural. Este documento equiparará el vidrio a otros materiales estructurales, como acero u hormigón, y unificará las normativas estatales existentes. En esta propuesta de monografía se tratan dos partes diferenciadas: la primera, relacionada con la revisión de aplicaciones y la propuesta de clasificación atendiendo a criterios constructivos, así como la identificación de las prestaciones especiales de seguridad que se verifiquen de manera empírica; y la segunda parte, centrada en el estudio de una de las prestaciones: la resistencia a impacto humano. Se seleccionan las aplicaciones de vidrio estructural (fachadas, cubiertas, barandillas, suelos, escaleras, pilares y vigas) y se procede a la revisión de la normativa para cada una de ellas, en su mayor parte europea; de este modo, se identifican las prestaciones de seguridad y criterios de diseño pertinentes. El objetivo principal de la segunda parte de esta monografía es profundizar en el estudio experimental y teórico de impactos de personas sobre acristalamientos de seguridad para edificios. Se presenta un trabajo experimental, apoyado por modelos simplificados o de elementos finitos convenientemente actualizados, y se propone un método alternativo para registrar el nivel de excitación en ensayos de impacto humano.

ARQUITECTURA EN VIDRIO ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN Antonia Pacios Álvarez (coord.) José Antonio Parra Hidalgo Jesús Alonso Álvarez María Consuelo Huerta Gómez de Merodio

438. Gabriel Muñoz Rebollo, Puentes-arco de Gabriel Rebollo Canales, pionero del hormigón armado de finales del siglo xix a principios del xx, 2023. CSIC

Cubierta_Monografia_439.indd 1

Los autores de esta monografía son miembros de un equipo multidisciplinar que cuenta con perfiles profesionales de ingeniería industrial y arquitectura, y con diferentes desempeños, tales como la docencia y el trabajo en empresa, como se puede ver en sus perfiles académicos. Este trabajo ha sido desarrollado en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid. Su línea de investigación se inició con el proyecto «Seguridad ante impacto humano de los acristalamientos en edificación» (BIA2003-07022) y continuó con el proyecto «Dimensionamiento de los elementos de vidrio para el cumplimiento de los requisitos de seguridad de utilización» (BIA2011-28959-C02-02). Son, asimismo, miembros del grupo español de seguimiento del CEN/TC 250/SC 11-Structural Glass y del comité espejo CTN-UNE 140/GT 3 Vidrio estructural.

ARQUITECTURA EN VIDRIO. ESTUDIO DEL IMPACTO HUMANO EN VIDRIOS DE EDIFICACIÓN

425. David Revuelta Crespo, Pedro Carballosa de Miguel y José Luis García Calvo, Guía para el empleo de hormigones expansivos, 2017.

MONOGRAFÍAS DEL IETcc

ÚLTIMOS TÍTULOS PUBLICADOS

Antonia Pacios Álvarez (coord.), José Antonio Parra Hidalgo, Jesús Alonso Álvarez y Consuelo Huerta Gómez de Merodio

CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS

Imágenes de cubierta: «Muro cortina de vidrio de la Estación Central de Berlín» (imagen superior izquierda); «Ensayo con anillos concéntricos sobre probetas planas con grandes superficies de solicitación» (imagen inferior izquierda); «Ensayo de impacto humano» (imagen derecha) (fotografías de los autores).

31/8/23 16:48