El vidrio arquitectónico es el vidrio que se utiliza como material de construcción . Se utiliza más comúnmente como material de acristalamiento transparente en la envoltura del edificio , incluidas las ventanas en las paredes externas. El vidrio también se utiliza para particiones internas y como elemento arquitectónico. Cuando se utiliza en edificios, el vidrio suele ser de tipo seguro , que incluye vidrios reforzados, templados y laminados.
La fundición de vidrio es el proceso mediante el cual se moldean objetos de vidrio dirigiendo el vidrio fundido hacia un molde donde se solidifica. La técnica se ha utilizado desde el período egipcio . El vidrio fundido moderno se forma mediante una variedad de procesos, como la fundición en horno o la fundición en moldes de arena, grafito o metal. Las ventanas de vidrio fundido , aunque con malas cualidades ópticas, comenzaron a aparecer en los edificios más importantes de Roma y en las villas más lujosas de Herculano y Pompeya. [10]
Uno de los primeros métodos de fabricación de ventanas de vidrio fue el método del vidrio de corona . El vidrio soplado caliente se cortaba en sentido opuesto al tubo y luego se hacía girar rápidamente sobre una mesa antes de que se enfriara. La fuerza centrífuga daba forma al globo de vidrio caliente en una lámina redonda y plana. Luego, la lámina se separaba del tubo y se recortaba para formar una ventana rectangular que encajaba en un marco.
En el centro de un trozo de vidrio Crown quedaría un grueso resto del cuello de la botella soplado original, de ahí el nombre de "ojo de buey". Las distorsiones ópticas producidas por el ojo de buey se podían reducir esmerilando el vidrio. El desarrollo de las ventanas enrejadas tipo pañal se debió en parte a que se podían cortar cómodamente tres paneles regulares en forma de diamante de un trozo de vidrio Crown, con un mínimo de desperdicio y con una mínima distorsión.
Este método de fabricación de paneles de vidrio plano era muy costoso y no se podía utilizar para fabricar paneles de gran tamaño. Fue sustituido en el siglo XIX por los procesos de cilindros, láminas y placas laminadas, pero todavía se utiliza en la construcción tradicional y la restauración.
En este proceso de fabricación, el vidrio se sopla en un molde cilíndrico de hierro. Se cortan los extremos y se realiza un corte a lo largo del costado del cilindro. Luego, el cilindro cortado se coloca en un horno donde se desenrolla hasta convertirse en una lámina de vidrio plana.
El vidrio estirado se fabricaba sumergiendo una pieza principal en un tanque de vidrio fundido y luego tirando de esa pieza hacia arriba mientras una película de vidrio se endurecía justo al salir del tanque; esto se conoce como el proceso Fourcault . Esta película o cinta se levantaba continuamente sostenida por tractores en ambos bordes mientras se enfriaba. Después de unos 12 metros, se cortaba la cinta vertical y se inclinaba hacia abajo para seguir cortando. Este vidrio es transparente, pero tiene variaciones de espesor debido a pequeños cambios de temperatura justo al salir del tanque mientras se endurecía. Estas variaciones causan líneas de ligeras distorsiones. Este vidrio todavía se puede ver en casas antiguas. El vidrio flotado reemplazó este proceso.
Irving Wightman Colburn desarrolló un método similar de forma independiente. Comenzó a experimentar con el método en 1899 y comenzó la producción en 1906. Se declaró en quiebra, pero fue comprado por Michael Joseph Owens . Como el método era imperfecto, siguieron perfeccionándolo hasta 1916, cuando consideraron que era perfecto y abrieron una fábrica de vidrio basada en la tecnología al año siguiente. [11]
En 1838, James Hartley obtuvo una patente para la placa laminada patentada de Hartley, fabricada mediante un nuevo proceso de fundición de vidrio. El vidrio se saca del horno en grandes cucharas de hierro, que se llevan sobre eslingas que corren sobre rieles elevados; desde la cuchara, el vidrio se arroja sobre el lecho de hierro fundido de una mesa de laminación; y se lamina en una hoja mediante un rodillo de hierro, siendo el proceso similar al empleado para fabricar vidrio plano, pero en menor escala. La hoja así laminada se recorta toscamente mientras está caliente y blanda, para eliminar las partes de vidrio que se han estropeado por el contacto inmediato con la cuchara, y la hoja, todavía blanda, se empuja hacia la boca abierta de un túnel de recocido u horno de temperatura controlada llamado lehr , por donde es transportada por un sistema de rodillos.
El proceso de pulido de vidrio plano comienza con una lámina de vidrio laminado. Este vidrio tiene dimensiones imprecisas y a menudo genera distorsiones visuales. Estos paneles rugosos se lijaban hasta quedar planos y luego se pulían hasta quedar transparentes. Este era un proceso bastante costoso.
Antes del proceso de flotado, los espejos eran de vidrio plano, ya que el vidrio laminado tenía distorsiones visuales similares a las que se observaban en los espejos de los parques de diversiones o ferias de diversiones.
En 1918, el ingeniero belga Emil Bicheroux mejoró la fabricación de vidrio plano vertiendo vidrio fundido entre dos rodillos, lo que dio como resultado un espesor más uniforme y menos ondulaciones, y redujo la necesidad de esmerilado y pulido. Este proceso se mejoró aún más en los EE. UU. [12]
Los elaborados patrones que se encuentran en las placas de vidrio laminado con figuras (o "Catedral") se producen de manera similar al proceso de las placas de vidrio laminado, excepto que la placa se moldea entre dos rodillos, uno de los cuales lleva un patrón. En ocasiones, ambos rodillos pueden llevar un patrón. El patrón se imprime en la hoja mediante un rodillo de impresión que se coloca sobre el vidrio cuando sale de los rodillos principales mientras aún está blando. Este vidrio muestra un patrón en alto relieve. Luego, el vidrio se recoce en un horno de recocido .
El vidrio utilizado para este propósito suele ser de color más blanco que los vidrios transparentes utilizados para otras aplicaciones.
Solo algunos de los vidrios con figuras pueden ser templados, dependiendo de la profundidad del patrón en relieve. El vidrio con figuras laminado simple, donde el patrón está impreso solo en una superficie, puede ser laminado para producir un vidrio de seguridad. El vidrio con figuras laminado doblemente, mucho menos común, donde el patrón está impreso en ambas superficies, no puede convertirse en un vidrio de seguridad, pero ya será más grueso que la placa con figuras promedio para acomodar ambas caras estampadas. El espesor final depende del diseño impreso.
El noventa por ciento del vidrio plano del mundo se produce mediante el proceso de vidrio flotado [ cita requerida ] inventado en la década de 1950 por Sir Alastair Pilkington de Pilkington Glass , en el que el vidrio fundido se vierte sobre un extremo de un baño de estaño fundido . El vidrio flota sobre el estaño y se nivela a medida que se extiende a lo largo del baño, dando una cara lisa a ambos lados. El vidrio se enfría y se solidifica lentamente a medida que viaja sobre el estaño fundido y sale del baño de estaño en una cinta continua. Luego, el vidrio se recoce enfriándolo en un horno llamado lehr . El producto terminado tiene superficies paralelas casi perfectas.
La parte del vidrio que ha estado en contacto con el estaño tiene una cantidad muy pequeña de estaño incrustado en su superficie. Esta cualidad hace que sea más fácil recubrir esa parte del vidrio para convertirla en un espejo, pero también es más blanda y más fácil de rayar.
El vidrio se produce en espesores métricos estándar de 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 19 y 25 mm, siendo 10 mm el tamaño más popular en la industria arquitectónica. El vidrio fundido que flota sobre estaño en una atmósfera de nitrógeno/hidrógeno se extenderá hasta un espesor de aproximadamente 6 mm y se detendrá debido a la tensión superficial . El vidrio más delgado se fabrica estirando el vidrio mientras flota sobre el estaño y se enfría. De manera similar, el vidrio más grueso se empuja hacia atrás y no se le permite expandirse mientras se enfría sobre el estaño.
El vidrio templado (o endurecido) se fabrica a partir de vidrio flotado estándar para crear un vidrio de seguridad resistente a los impactos. El vidrio flotado roto produce fragmentos afilados y peligrosos. El proceso de endurecimiento introduce tensiones entre las superficies internas y externas para aumentar su resistencia y garantizar que, en caso de rotura, el vidrio se rompa en pequeños trozos inofensivos. Los paneles de vidrio cortados se colocan en un horno de endurecimiento. Aquí, los paneles de vidrio se calientan a más de 600 grados C y luego las superficies se enfrían rápidamente con aire frío. Esto produce tensiones de tracción en la superficie del vidrio con las partículas de vidrio internas más cálidas. A medida que el espesor superior del vidrio se enfría, se contrae y obliga a los elementos de vidrio correspondientes a contraerse para introducir tensiones en el panel de vidrio y aumentar la resistencia. [13]
El vidrio prismático es un vidrio arquitectónico que desvía la luz. Se utilizó con frecuencia a principios del siglo XX para proporcionar luz natural a espacios subterráneos y áreas alejadas de las ventanas. [14] El vidrio prismático se puede encontrar en aceras, donde se lo conoce como iluminación de bóveda , [15] en ventanas, particiones y marquesinas, donde se lo conoce como mosaicos prismáticos , y como prismas de cubierta , que se usaban para iluminar espacios debajo de la cubierta en los barcos de vela. Podía estar muy ornamentado; Frank Lloyd Wright creó más de cuarenta diseños diferentes para mosaicos prismáticos. [16] La iluminación arquitectónica moderna con prismas generalmente se realiza con una película de plástico aplicada al vidrio de ventana común. [17]
El bloque de vidrio, también conocido como ladrillo de vidrio, es un elemento arquitectónico hecho de vidrio que se utiliza en áreas donde se desea privacidad u ocultación visual y al mismo tiempo permitir el paso de la luz, como estacionamientos subterráneos, baños y piscinas municipales. El bloque de vidrio se desarrolló originalmente a principios del siglo XX para proporcionar luz natural en fábricas industriales .
El vidrio recocido es un vidrio que no sufre tensiones internas provocadas por un tratamiento térmico, es decir, un enfriamiento rápido, o por un endurecimiento o refuerzo térmico. El vidrio se vuelve recocido si se calienta por encima de un punto de transición y luego se lo deja enfriar lentamente, sin templarlo. El vidrio flotado se recoce durante el proceso de fabricación. Sin embargo, la mayoría del vidrio templado se fabrica a partir de vidrio flotado que ha sido tratado térmicamente de manera especial.
El vidrio recocido se rompe en fragmentos grandes e irregulares que pueden causar lesiones graves y se considera un peligro en aplicaciones arquitectónicas . Los códigos de construcción en muchas partes del mundo restringen el uso de vidrio recocido en áreas donde existe un alto riesgo de rotura y lesiones , por ejemplo, en baños , paneles de puertas , salidas de incendios y en alturas bajas en escuelas o casas particulares. En estos entornos se debe utilizar vidrio de seguridad , como el laminado o templado, para reducir el riesgo de lesiones.
El vidrio laminado se fabrica uniendo dos o más capas de vidrio con una capa intermedia, como PVB , bajo calor y presión, para crear una sola lámina de vidrio. Cuando se rompe, la capa intermedia mantiene unidas las capas de vidrio y evita que se rompan. La capa intermedia también puede proporcionar al vidrio una mayor calificación de aislamiento acústico .
Existen varios tipos de vidrios laminados fabricados con distintos tipos de vidrio y capas intermedias que producen resultados diferentes cuando se rompen.
El vidrio laminado, que está hecho de vidrio recocido, se utiliza normalmente cuando la seguridad es una preocupación, pero el templado no es una opción. Los parabrisas suelen estar hechos de vidrio laminado. Cuando se rompe, la capa de PVB evita que el vidrio se rompa, creando un patrón de grietas en forma de "tela de araña".
El vidrio laminado templado está diseñado para romperse en pequeños pedazos, lo que evita posibles lesiones. Cuando ambos pedazos de vidrio se rompen, se produce un efecto de "manta mojada" y se cae por la abertura.
El vidrio laminado reforzado con calor es más resistente que el recocido, pero no tanto como el templado. Se utiliza a menudo cuando la seguridad es una preocupación. Tiene un patrón de rotura más amplio que el templado, pero como mantiene su forma (a diferencia del efecto de "manta húmeda" del vidrio laminado templado), permanece en la abertura y puede soportar más fuerza durante un período de tiempo más prolongado, lo que hace que sea mucho más difícil atravesarlo.
El vidrio laminado tiene propiedades similares al vidrio balístico , pero no deben confundirse. Ambos están hechos con una capa intermedia de PVB, pero tienen una resistencia a la tracción drásticamente diferente. El vidrio balístico y el vidrio laminado están clasificados según diferentes estándares y tienen un patrón de rotura diferente. [18]
El vidrio reforzado con calor, o vidrio templado, es un vidrio que ha sido tratado térmicamente para inducir la compresión de la superficie, pero no hasta el punto de hacer que se "corte" al romperse como el vidrio templado. Al romperse, el vidrio reforzado con calor se rompe en pedazos afilados que suelen ser un poco más pequeños que los que se encuentran en el vidrio recocido, y tiene una resistencia intermedia entre los vidrios recocido y templado.
El vidrio reforzado con calor puede soportar un fuerte impacto directo sin romperse, pero tiene un borde débil. Con solo golpear el borde del vidrio reforzado con calor con un objeto sólido, es posible romper toda la lámina.
El vidrio reforzado químicamente es un tipo de vidrio que tiene una mayor resistencia. Cuando se rompe, se sigue fragmentando en astillas puntiagudas y largas, similares a las del vidrio flotado (recocido). Por este motivo, no se lo considera un vidrio de seguridad y, si se requiere un vidrio de seguridad, debe laminarse. El vidrio reforzado químicamente suele tener entre seis y ocho veces la resistencia del vidrio recocido.
El vidrio se refuerza químicamente sumergiéndolo en un baño que contiene una sal de potasio (normalmente nitrato de potasio) a 450 °C (842 °F). Esto hace que los iones de sodio de la superficie del vidrio sean reemplazados por iones de potasio de la solución del baño.
A diferencia del vidrio templado, el vidrio reforzado químicamente se puede cortar después de ser reforzado, pero pierde su resistencia adicional en la región de aproximadamente 20 mm del corte. De manera similar, cuando la superficie del vidrio reforzado químicamente se raya profundamente, esta área pierde su resistencia adicional.
En las cubiertas de algunos aviones de combate se utilizó vidrio reforzado químicamente .
El vidrio recubierto con una sustancia de baja emisividad puede reflejar la energía infrarroja radiante, lo que hace que el calor radiante permanezca en el mismo lado del vidrio del que se originó, al tiempo que deja pasar la luz visible. Esto suele dar como resultado ventanas más eficientes porque el calor radiante que se origina en el interior en invierno se refleja hacia el interior, mientras que la radiación de calor infrarrojo del sol durante el verano se refleja hacia afuera, lo que mantiene el interior más fresco.
El vidrio calefactable eléctricamente es un producto relativamente nuevo que ayuda a encontrar soluciones en el diseño de edificios y vehículos. La idea del vidrio calefactable se basa en el uso de vidrio de baja emisión y de bajo consumo energético , que generalmente es un simple vidrio de silicato con un revestimiento especial de óxidos metálicos . El vidrio calefactable se puede utilizar en todo tipo de sistemas de acristalamiento estándar , hechos de madera, plástico, aluminio o acero.
Una innovación reciente (2001 Pilkington Glass) es el llamado vidrio autolimpiable , destinado a la construcción, la automoción y otras aplicaciones técnicas. Un recubrimiento a escala nanométrica de dióxido de titanio sobre la superficie exterior del vidrio introduce dos mecanismos que conducen a la propiedad autolimpiable. El primero es un efecto fotocatalítico, en el que los rayos ultravioleta catalizan la descomposición de los compuestos orgánicos en la superficie de la ventana; el segundo es un efecto hidrófilo en el que el agua es atraída hacia la superficie del vidrio, formando una fina lámina que arrastra los compuestos orgánicos descompuestos.
El vidrio aislante, o doble acristalamiento, consiste en una ventana o elemento de acristalamiento de dos o más capas de vidrio separadas por un espaciador a lo largo del borde y selladas para crear un espacio de aire muerto entre las capas. Este tipo de acristalamiento tiene funciones de aislamiento térmico y reducción de ruido . Cuando el espacio se llena con un gas inerte, forma parte del diseño de arquitectura sostenible de conservación de energía para edificios de bajo consumo energético .
Una innovación de 1994 en materia de acristalamiento aislante es el vidrio evacuado, que hasta ahora sólo se produce comercialmente en Japón y China. [19] La extrema delgadez del vidrio evacuado ofrece muchas posibilidades arquitectónicas nuevas, en particular en la conservación de edificios y la arquitectura historicista, donde el vidrio evacuado puede sustituir al vidrio simple tradicional, que es mucho menos eficiente energéticamente.
Una unidad de acristalamiento evacuado se fabrica sellando los bordes de dos láminas de vidrio, normalmente mediante el uso de un vidrio soldado, y evacuando el espacio interior con una bomba de vacío. El espacio evacuado entre las dos láminas puede ser muy poco profundo y, aun así, ser un buen aislante, lo que produce vidrio aislante para ventanas con espesores nominales de tan solo 6 mm en total. Las razones de este bajo espesor son engañosamente complejas, pero el aislamiento potencial es bueno esencialmente porque no puede haber convección ni conducción gaseosa en el vacío.
Lamentablemente, el acristalamiento al vacío tiene algunas desventajas; su fabricación es complicada y difícil. Por ejemplo, una etapa necesaria en la fabricación del acristalamiento al vacío es la desgasificación , es decir, el calentamiento para liberar los gases adsorbidos en las superficies internas, que de otro modo podrían escapar más tarde y destruir el vacío. Este proceso de calentamiento significa actualmente que el acristalamiento al vacío no se puede templar ni reforzar con calor. Si se requiere un vidrio de seguridad al vacío, el vidrio debe ser laminado. Las altas temperaturas necesarias para la desgasificación también tienden a destruir los recubrimientos "blandos" de baja emisividad altamente efectivos que a menudo se aplican a una o ambas superficies internas (es decir, las que miran hacia el espacio de aire) de otras formas de acristalamiento aislante moderno, para evitar la pérdida de calor a través de la radiación infrarroja . Sin embargo, los recubrimientos "duros" ligeramente menos efectivos siguen siendo adecuados para el acristalamiento al vacío.
Además, debido a la presión atmosférica presente en el exterior de una unidad de acristalamiento al vacío, sus dos hojas de vidrio deben mantenerse separadas de alguna manera para evitar que se doblen juntas y se toquen entre sí, lo que frustraría el objetivo de evacuar la unidad. La tarea de mantener separados los paneles se realiza mediante una rejilla de espaciadores, que generalmente consisten en pequeños discos de acero inoxidable que se colocan a unos 20 mm de distancia. Los espaciadores son lo suficientemente pequeños como para que solo sean visibles a distancias muy cercanas, normalmente hasta 1 m. Sin embargo, el hecho de que los espaciadores conduzcan algo de calor a menudo hace que, en climas fríos, se formen patrones temporales en forma de rejilla en la superficie de una ventana al vacío, que consisten en pequeños círculos de condensación interior centrados alrededor de los espaciadores, donde el vidrio está ligeramente más frío de lo normal, o, cuando hay rocío afuera, pequeños círculos en la cara exterior del vidrio, en los que el rocío está ausente porque los espaciadores hacen que el vidrio cercano a ellos esté ligeramente más cálido.
La conducción de calor entre los paneles, causada por los espaciadores, tiende a limitar la eficacia aislante general del acristalamiento al vacío. Sin embargo, el acristalamiento al vacío sigue siendo tan aislante como el doble acristalamiento convencional, mucho más grueso, y tiende a ser más resistente, ya que las dos láminas de vidrio que las componen se presionan entre sí por la atmósfera y, por lo tanto, reaccionan prácticamente como una sola lámina gruesa a las fuerzas de flexión. El acristalamiento al vacío también ofrece un aislamiento acústico muy bueno en comparación con otros tipos populares de acristalamiento para ventanas.
Un tipo de vidrio para reducción de calor utiliza refrigeración radiactiva. Este vidrio incluye una capa de enfriador radiactivo (TRC) transparente de 1,2 micrones de espesor de sílice , alúmina y óxido de titanio sobre vidrio recubierto con polímero para lentes de contacto . La capa solo permite el paso de la luz visible , lo que reduce los costos de refrigeración de los edificios hasta en un tercio. Los desarrolladores utilizaron el aprendizaje automático y la computación cuántica para probar rápidamente los modelos e identificar la mejor alternativa. [20]
El código de construcción más actual que se aplica en la mayoría de las jurisdicciones de los Estados Unidos es el Código Internacional de Construcción de 2006 (IBC, 2006). El IBC de 2006 hace referencia a la edición de 2005 de la norma Cargas mínimas de diseño para edificios y otras estructuras preparada por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles (ASCE, 2005) para sus disposiciones sísmicas. La ASCE 7-05 contiene requisitos específicos para componentes no estructurales, incluidos los requisitos para el vidrio arquitectónico. [21]
Si se diseñan incorrectamente, las superficies cóncavas con grandes cantidades de vidrio pueden actuar como concentradores solares dependiendo del ángulo del sol, lo que podría causar lesiones a las personas y daños a la propiedad. [22]
