El vidrio arquitectónico es vidrio que se utiliza como material de construcción . Normalmente se utiliza como material de acristalamiento transparente en la envolvente del edificio , incluidas las ventanas de las paredes exteriores. El vidrio también se utiliza para particiones internas y como elemento arquitectónico. Cuando se utiliza en edificios, el vidrio suele ser del tipo de seguridad , que incluye vidrios reforzados, templados y laminados.
La fundición de vidrio es el proceso en el que se funden objetos de vidrio dirigiendo el vidrio fundido a un molde donde se solidifica. La técnica se ha utilizado desde la época egipcia . El vidrio fundido moderno se forma mediante una variedad de procesos, como la fundición en horno o 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 . Se cortó vidrio soplado en caliente frente a la tubería y luego se hizo girar rápidamente sobre una mesa antes de que pudiera enfriarse. La fuerza centrífuga dio forma al globo de vidrio caliente hasta convertirlo en una lámina redonda y plana. Luego, la lámina se separaría del tubo y se recortaría para formar una ventana rectangular que encajaría en un marco.
En el centro de un trozo de vidrio corona quedaría un grueso resto del cuello de la botella original soplado, de ahí el nombre "diana". Las distorsiones ópticas producidas por la diana podrían reducirse rectificando el vidrio. El desarrollo de las ventanas enrejadas se debió en parte a que se podían cortar tres paneles regulares en forma de diamante de un trozo de vidrio Crown, con un desperdicio mínimo y una distorsión mínima.
Este método de fabricación de paneles de vidrio planos era muy caro y no podía utilizarse para fabricar paneles de gran tamaño. Fue sustituido en el siglo XIX por los procesos de cilindro, chapa y placa laminada, pero todavía se utiliza en la construcción y restauración tradicional.
En este proceso de fabricación, el vidrio se sopla en un molde cilíndrico de hierro. Se cortan los extremos y se hace un corte en el costado del cilindro. Luego, el cilindro cortado se coloca en un horno donde el cilindro se desenrolla formando láminas de vidrio planas.
El vidrio en láminas estiradas se fabricó sumergiendo un líder en una tina de vidrio fundido y luego tirando de ese líder hacia arriba mientras una película de vidrio se endurecía justo al salir de la tina; esto se conoce como proceso de Fourcault . Esta película o cinta era tirada continuamente sujeta por tractores por ambos bordes mientras se enfriaba. Después de aproximadamente 12 metros, se cortó la cinta vertical y se inclinó hacia abajo para seguir cortando. Este vidrio es transparente pero tiene variaciones de espesor debido a pequeños cambios de temperatura justo al salir de la tina mientras se endurecía. Estas variaciones provocan líneas de ligeras distorsiones. Este vidrio todavía se puede ver en casas más 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. Quebró, pero fue comprado por Michael Joseph Owens . Debido a que el método era imperfecto, siguieron refinándolo hasta 1916, cuando sintieron que era perfecto, y al año siguiente abrieron una fábrica de vidrio basada en esa tecnología. [11]
En 1838, a James Hartley se le concedió una patente para la placa laminada patentada de Hartley, fabricada mediante un nuevo proceso de vidrio fundido. El vidrio se saca del horno en grandes cucharones de hierro, que se transportan mediante eslingas que corren sobre rieles elevados; desde el cucharón se arroja el vaso sobre la base de hierro fundido de una mesa rodante; y se lamina hasta formar una lámina mediante un rodillo de hierro, siendo el proceso similar al empleado para fabricar placas de vidrio, pero en menor escala. La lámina así enrollada se recorta toscamente mientras está caliente y blanda, para eliminar aquellas porciones de vidrio que se han estropeado por el contacto inmediato con la cuchara, y la lámina, aún blanda, se empuja hacia la boca abierta de un túnel de recocido o temperatura. -Horno controlado llamado lehr , por el que se conduce mediante un sistema de rodillos.
El proceso de vidrio plano pulido comienza con vidrio plano o laminado. Este vidrio tiene dimensiones inexactas y a menudo crea distorsiones visuales. Estos paneles rugosos se lijaron y luego se pulieron hasta dejarlos limpios. Este fue un proceso bastante costoso.
Antes del proceso de flotación, los espejos eran de vidrio plano, ya que el vidrio laminado tenía distorsiones visuales similares a las que se ven en los espejos de los parques de diversiones o ferias de atracciones.
En 1918, el ingeniero belga Emil Bicheroux mejoró la fabricación de placas de vidrio 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 laminadas con figuras (o 'Catedral') se producen de manera similar al proceso de la placa de vidrio laminada, excepto que la placa se funde entre dos rodillos, uno de los cuales lleva un patrón. En ocasiones, ambos rodillos pueden llevar un patrón. El patrón se imprime sobre la hoja mediante un rodillo de impresión que desciende sobre el vidrio cuando sale de los rollos principales mientras aún está blando. Este vaso muestra un patrón en alto relieve. Luego el vidrio se recoce en un horno .
El vidrio utilizado para este propósito suele ser de color más blanco que los vidrios transparentes utilizados para otras aplicaciones.
Sólo algunos de los vidrios tallados pueden endurecerse, dependiendo de la profundidad del patrón en relieve. El vidrio laminado simple, donde el patrón sólo está impreso en una superficie, se puede laminar para producir un vidrio de seguridad. El 'vidrio labrado de doble laminación', mucho menos común, en el que el patrón está grabado en ambas superficies, no se puede convertir en un vidrio de seguridad, pero ya será más grueso que la placa labrada 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 necesaria ] inventado en la década de 1950 por Sir Alastair Pilkington de Pilkington Glass , en el que se vierte vidrio fundido en un extremo de un baño de estaño fundido . El vidrio flota sobre la lata y se nivela a medida que se extiende por el baño, dando una cara suave 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.
El lado del vidrio que ha estado en contacto con la lata tiene una cantidad muy pequeña de estaño incrustada en su superficie. Esta cualidad hace que ese lado del vidrio sea más fácil de recubrir para convertirlo en un espejo, sin embargo, ese lado también es más suave 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 hace estirándolo mientras flota sobre la lata y se enfría. De manera similar, el vidrio más grueso se empuja hacia atrás y no se le permite expandirse mientras se enfría sobre la lata.
El vidrio templado (o templado) está hecho 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 e inofensivos trozos de vidrio. Los paneles de vidrio cortados se introducen en un horno de endurecimiento. Aquí los paneles de vidrio se calientan hasta 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 calientes. 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 su 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 zonas alejadas de las ventanas. [14] El vidrio prismático se puede encontrar en las aceras, donde se lo conoce como iluminación de bóveda , [15] en ventanas, tabiques y marquesinas, donde se lo conoce como mosaicos de prisma , y como prismas de cubierta , que se usaban para iluminar los espacios debajo. cubierta en veleros. Podría estar muy ornamentado; Frank Lloyd Wright creó más de cuarenta diseños diferentes de mosaicos prismáticos. [16] La iluminación con prismas arquitectónicos modernos generalmente se realiza con una película plástica aplicada al vidrio de una 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 oscurecimiento visual mientras se deja entrar 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 las fábricas industriales .
El vidrio recocido es vidrio sin tensiones internas causadas por tratamiento térmico, es decir, enfriamiento rápido, o por endurecimiento o fortalecimiento térmico. El vidrio se recoce si se calienta por encima de un punto de transición y luego se deja enfriar lentamente, sin enfriarlo. El vidrio flotado se recoce durante el proceso de fabricación. Sin embargo, la mayoría del vidrio templado está hecho de vidrio flotado que ha sido tratado térmicamente de manera especial.
El vidrio recocido se rompe en fragmentos grandes y dentados 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 domésticas. En estos entornos se debe utilizar vidrio de seguridad , como 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 hoja de vidrio. Cuando se rompe, la capa intermedia mantiene unidas las capas de vidrio y evita que se rompa. La capa intermedia también puede dar al vidrio un mayor índice de aislamiento acústico .
Existen varios tipos de vidrios laminados fabricados con diferentes tipos de vidrio y capas intermedias que producen diferentes resultados cuando se rompen.
El vidrio laminado que se compone de vidrio recocido se utiliza normalmente cuando la seguridad es una preocupación, pero el templado no es una opción. Los parabrisas suelen ser cristales laminados. Cuando se rompe, la capa de PVB evita que el vidrio se rompa, creando un patrón de agrietamiento en forma de "telaraña".
El vidrio laminado templado está diseñado para romperse en pedazos pequeños, evitando posibles lesiones. Cuando se rompen ambos trozos de vidrio se produce un efecto de "manta mojada" y se caerá por su abertura.
El vidrio laminado termoendurecido es más resistente que el recocido, pero no tanto como el templado. A menudo se utiliza cuando la seguridad es una preocupación. Tiene un patrón de rotura más grande que el templado, pero debido a que 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 largo, lo que lo hace mucho más difícil. conseguir a través de.
El vidrio laminado tiene propiedades similares al vidrio balístico , pero no deben confundirse. Ambos están fabricados 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 estándares diferentes y tienen un patrón de rotura diferente. [18]
El vidrio termoendurecido, o vidrio templado, es vidrio que ha sido tratado térmicamente para inducir la compresión de la superficie, pero no hasta el punto de causar que se "rompe" al romperse como el vidrio templado. Al romperse, el vidrio termoendurecido se rompe en pedazos afilados que generalmente son algo más pequeños que los que se encuentran al romper el vidrio recocido, y tienen una resistencia intermedia entre los vidrios recocidos y templados.
El vidrio termoendurecido puede soportar un fuerte golpe directo sin romperse, pero tiene un borde débil. Simplemente golpeando el borde del vidrio termoendurecido con un objeto sólido, es posible romper toda la hoja.
El vidrio reforzado químicamente es un tipo de vidrio que tiene mayor resistencia. Cuando se rompe, todavía se rompe en astillas largas y puntiagudas similares al vidrio flotado (recocido). Por este motivo, no se considera un vidrio de seguridad y debe laminarse si se requiere un vidrio de seguridad. 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 del fortalecimiento, pero pierde su resistencia adicional dentro de la región de aproximadamente 20 mm del corte. De manera similar, cuando la superficie de un vidrio reforzado químicamente se raya profundamente, esta área pierde su resistencia adicional.
En algunas marquesinas de 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 fomenta que el calor radiante permanezca en el mismo lado del vidrio del que se originó, mientras deja pasar la luz visible. Esto a menudo da como resultado ventanas más eficientes porque el calor radiante que se origina en el interior en invierno se refleja de regreso al interior, mientras que la radiación de calor infrarroja del sol durante el verano se refleja hacia afuera, manteniendo el interior más fresco.
El vidrio calentable eléctricamente es un producto relativamente nuevo que ayuda a encontrar soluciones en el diseño de edificios y vehículos. La idea de calentar vidrio se basa en el uso de vidrio energéticamente eficiente y de bajas emisiones , que generalmente es vidrio de silicato simple con una capa especial de óxidos metálicos . El vidrio calentable se puede utilizar en todo tipo de sistemas de acristalamiento estándar , ya sean de madera, plástico, aluminio o acero.
Una innovación reciente (2001 Pilkington Glass) es el llamado vidrio autolimpiante , destinado a la construcción, la automoción y otras aplicaciones técnicas. Una capa de dióxido de titanio a escala nanométrica sobre la superficie exterior del vidrio introduce dos mecanismos que conducen a la propiedad de autolimpieza. El primero es un efecto fotocatalítico, en el que los rayos ultravioleta catalizan la descomposición de 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 elimina los compuestos orgánicos descompuestos.
El vidrio aislante, o doble acristalamiento, consiste en una ventana o elemento de acristalamiento de dos o más capas de acristalamiento 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 arquitectónico sostenible de conservación de energía para edificios de bajo consumo energético .
Una innovación de 1994 para el acristalamiento aislante es el vidrio evacuado, que hasta el momento se produce comercialmente sólo en Japón y China. [19] La extrema delgadez del acristalamiento evacuado ofrece muchas posibilidades arquitectónicas nuevas, particularmente en la conservación de edificios y la arquitectura historicista, donde el acristalamiento evacuado puede reemplazar el acristalamiento simple tradicional, que es mucho menos eficiente energéticamente.
Una unidad de acristalamiento al vacío se fabrica sellando los bordes de dos láminas de vidrio, normalmente utilizando 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, produciendo vidrio aislante para ventanas con espesores nominales tan bajos como 6 mm en total. Las razones de este bajo espesor son engañosamente complejas, pero el aislamiento potencial es bueno esencialmente porque en el vacío no puede haber convección ni conducción gaseosa.
Desafortunadamente, el acristalamiento evacuado tiene algunas desventajas; su fabricación es complicada y difícil. Por ejemplo, una etapa necesaria en la fabricación de acristalamiento al vacío es la desgasificación ; es decir, calentarlo para liberar los gases adsorbidos en las superficies internas, que de otro modo podrían escapar más tarde y destruir el vacío. Actualmente, este proceso de calentamiento significa que los acristalamientos evacuados no pueden endurecerse ni reforzarse térmicamente. Si se requiere un vidrio de seguridad evacuado, el vidrio deberá ser laminado. Las altas temperaturas necesarias para la desgasificación también tienden a destruir los revestimientos "blandos" y de baja emisividad altamente efectivos que a menudo se aplican a una o ambas superficies internas (es decir, las que miran hacia el entrehierro) de otras formas de acristalamiento aislante moderno, en para evitar la pérdida de calor por radiación infrarroja . Sin embargo, para acristalamientos evacuados todavía son adecuados revestimientos "duros" algo menos eficaces.
Además, debido a la presión atmosférica presente en el exterior de una unidad de acristalamiento evacuada, sus dos láminas de vidrio deben mantenerse separadas de alguna manera para evitar que se flexionen entre sí y se toquen entre sí, lo que frustraría el objetivo de evacuar la unidad. La tarea de mantener los cristales separados se realiza mediante una rejilla de espaciadores, que normalmente consisten en pequeños discos de acero inoxidable colocados a una distancia de unos 20 mm. Los espaciadores son lo suficientemente pequeños como para ser visibles sólo a distancias muy cercanas, normalmente hasta 1 m. Sin embargo, el hecho de que los espaciadores conduzcan algo de calor a menudo conduce en climas fríos a la formación de patrones temporales en forma de rejilla en la superficie de una ventana evacuada, que consisten en pequeños círculos de condensación interior centrados alrededor de los espaciadores, donde el vidrio es un poco más frío que el promedio 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 sea un poco más cálido.
La conducción de calor entre los cristales, provocada por los distanciadores, tiende a limitar la eficacia aislante global del acristalamiento evacuado. Sin embargo, el acristalamiento evacuado 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 lo componen son presionadas entre sí por la atmósfera y, por lo tanto, reaccionan prácticamente como una lámina gruesa a las fuerzas de flexión. El acristalamiento evacuado también ofrece un muy buen aislamiento acústico en comparación con otros tipos de acristalamientos populares.
Un tipo de vidrio reductor de calor utiliza enfriamiento radiativo. Este vidrio incluye una capa transparente de sílice , alúmina y óxido de titanio de 1,2 micrones de espesor sobre un vidrio recubierto con polímero para lentes de contacto . La capa sólo permite el paso de la luz visible , lo que reduce los costes de refrigeración de los edificios hasta en un tercio. Los desarrolladores utilizaron el aprendizaje automático y la computación cuántica para probar rápidamente modelos e identificar los mejores. 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. ASCE 7-05 contiene requisitos específicos para componentes no estructurales, incluidos requisitos para 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 herir a las personas y dañar la propiedad. [22]
