Sistemas de vidrio estructural bajo fuego

Fecha: 27 de febrero de 2023

Autora: Chiara Bedon

Redactor Académico:Rafik Belarbí

Fuente: Hindawi - Avances en Ingeniería Civil | Volumen 2017 | ID de artículo 2120570

DOI:https://doi.org/10.1155/2017/2120570

Los conceptos de diseño arquitectónico que incorporan vigas de vidrio, paneles o, en general, elementos de carga y refuerzos para edificios, revestimientos, ventanas y tabiques, se consideran en gran medida en las construcciones modernas de gran altura. Multitud de aspectos, incluidas motivaciones relacionadas con la transparencia, la estética, la iluminación y el ahorro de energía, aumentaron progresivamente el uso y el interés por un material de construcción tan innovador todavía. Sin embargo, en comparación con otros materiales tradicionales para la construcción, el vidrio estándar se caracteriza típicamente por un comportamiento quebradizo y una resistencia a la tracción limitada. Además, las propiedades intrínsecas del vidrio, junto con las relaciones entre espesor y tamaño típicamente limitadas para los elementos de acristalamiento, o la interacción mutua de los componentes de vidrio con los elementos de construcción adyacentes como parte de los conjuntos completos a los que pertenecen (es decir, sistemas de fijación, selladores, etc.) .), así como la combinación de fenómenos mecánicos y térmicos, hacen que las estructuras de vidrio sean altamente vulnerables. Por lo tanto, se requieren reglas especiales de diseño de seguridad, especialmente en condiciones de carga extremas. En este artículo de revisión se presenta el estado del arte de los sistemas de vidrio estructural expuestos al fuego. Se presta especial atención a los métodos de diseño reales y las reglamentaciones generales, así como a los resultados de la investigación existente, tanto a nivel de materiales como de ensamblaje, que brindan evidencia de los desafíos, problemas y desarrollos actuales.

El vidrio se utiliza en gran medida en los edificios como material de construcción, para reemplazar y/o interactuar con los elementos estructurales tradicionales compuestos de acero, aluminio, madera y hormigón. Las principales aplicaciones del vidrio en los edificios están relacionadas con una multitud de aspectos, que incluyen la estética, la iluminación, la transparencia y las motivaciones de aislamiento (ver, por ejemplo, las Figuras 1(a) y 1(b)).

En general, se sabe que el vidrio se comporta como un material quebradizo con una resistencia a la compresión relativamente alta y una resistencia a la tracción limitada, por lo que se rompe en muchos fragmentos peligrosos [1, 2]. Los conceptos de diseño a prueba de fallas, en este sentido, son obligatorios, tanto bajo cargas ordinarias como bajo condiciones de carga extrema.

En este sentido, varios estudios de investigación se han dedicado en los últimos años al desarrollo y/o evaluación de normas de diseño específicas y conceptos de diseño novedosos para sistemas de vidrio estructural, incluidas investigaciones numéricas experimentales y de elementos finitos (FE) extendidas relacionadas con conexiones, compuestos ensamblajes y sistemas híbridos [3–6].

También se ha prestado especial atención al análisis y diseño de sistemas de acristalamiento bajo cargas extremas, como eventos explosivos [7–9], cargas sísmicas [10–13], peligros naturales y cargas climáticas [14, 15], incendios [16 , 17] e impactos [18–20].

Especialmente en el caso de accidentes por incendio, de hecho, deberían garantizarse niveles de seguridad mejorados especiales para permitir la evacuación de los edificios (Figuras 1(c) y 1(d)).

Sin embargo, se combinan múltiples aspectos en el comportamiento general frente al fuego de un sistema de vidrio estructural determinado, como el típico comportamiento frágil del material, la alta sensibilidad de sus propiedades mecánicas a la temperatura, la alta sensibilidad del comportamiento frente al fuego a las características geométricas, el tipo de vidrio y las interacciones mutuas entre todos los componentes del sistema (es decir, el conjunto de vidrio estructural, incluidos los soportes y los componentes del edificio).

Además, como cuestión específica de los sistemas de vidrio, su comportamiento frente al fuego no puede derivarse analíticamente, sino que requiere estimaciones de pruebas de fuego. El modelado FE avanzado, en este sentido, podría representar una alternativa válida a los experimentos que consumen tiempo y dinero. Sin embargo, los principales problemas para el análisis FE de elementos de vidrio estructural bajo fuego se derivan de la actual falta de directrices estandarizadas y reglas generales capaces de ofrecer resultados fiables [21], así como de propiedades mecánicas y térmicas bien establecidas de los materiales en uso. Además, los esfuerzos de la literatura FE relacionados con el comportamiento frente al fuego de los sistemas de vidrio estructural son muy limitados (ver, por ejemplo, [22]).

En este artículo se propone una revisión de la investigación experimental sobre sistemas de vidrio estructural bajo fuego. La Sección 2 primero recuerda una breve descripción general de los conceptos y requisitos de diseño estructural. En la Sección 3, se informan las propiedades mecánicas y térmicas del vidrio estándar a altas temperaturas, lo que brinda evidencia de varios resultados de fuentes bibliográficas, así como soluciones de vidrio resistentes al fuego (FR) relativamente recientes disponibles en el mercado para aplicaciones especiales. Se presta especial atención, en particular, a las propiedades de los materiales que representan parámetros de entrada clave para fines de diseño estructural. Las Secciones 4 y 5 finalmente presentan un resumen de la investigación experimental existente relacionada con el comportamiento frente al fuego del vidrio a altas temperaturas, incluidas las propiedades de los materiales (Sección 4) y los sistemas de vidrio estructural (Sección 5), como pisos y techos, vigas, fachadas y ventanas. y sistemas de acristalamiento adaptados mediante películas protectoras.

2.1. Sistemas de vidrio estructural bajo cargas ordinarias

En comparación con los materiales tradicionales utilizados en las construcciones, uno de los principales factores que afectan el diseño y la verificación de los elementos de vidrio estructural está representado por sus características intrínsecas. Incluso sin culpa del diseñador, un elemento de vidrio estructural dado puede, de hecho, romperse inesperadamente durante su vida útil [1]. Cualquiera que sea la razón, la integridad estructural del conjunto general al que pertenece no debe verse comprometida. De acuerdo con el concepto general de diseño de EN 1990:2002 [23], tanto el estado límite último (ULS) como el estado límite de servicio (SLS) deben verificarse adecuadamente.

La verificación de resistencia ULS está destinada a cumplir con la seguridad estructural de un elemento de vidrio estructural [1, 2]. Dicha evaluación de seguridad generalmente se realiza limitando las tensiones principales máximas logradas bajo combinaciones de carga relevantes para que no excedan la resistencia de diseño del vidrio. Sin embargo, múltiples aspectos pueden afectar el valor de diseño de la resistencia del vidrio (ver, por ejemplo, [1, 2]), definiéndose en función del tipo de vidrio, la carga (es decir, en el plano y fuera del plano), la carga tiempo (es decir, instantáneo, permanente, etc.), efectos y tratamientos de borde, tratamientos de superficie de vidrio, perfil, etc. En Europa, siguiendo las recomendaciones de [2, 24], varios códigos nacionales adoptaron las mismas disposiciones de diseño (ver, por ejemplo, , [25–27]). Se pueden encontrar diferentes enfoques en las regulaciones estadounidenses, mientras que otros problemas también se derivan de una combinación de efectos debido a múltiples acciones de diseño (ver, por ejemplo, [28]).

La verificación SLS tiene como objetivo la limitación de deflexiones. Los valores límite de referencia para tales deformaciones dependen principalmente de las aplicaciones específicas o las condiciones de soporte. Al igual que en el caso de las especificaciones para el diseño de ULS, en las normas se pueden encontrar diferentes valores límite de deformación de SLS. Una condición de diseño adicional que debe verificarse adecuadamente (ver, por ejemplo, las directrices CNR [29]) se asocia entonces al llamado estado límite de colapso (CLS). Dado un sistema de vidrio estructural a verificar, para asegurar la adecuada redundancia en caso de agrietamiento accidental, también se requiere la resistencia CLS residual y las deformaciones máximas del sistema parcialmente dañado.

2.2. Sistemas de vidrio estructural bajo carga de fuego

La carga de fuego representa, tanto para los sistemas de vidrio como para las construcciones en general, una configuración de carga extrema. Como tal, deben tenerse en cuenta disposiciones específicas para garantizar niveles de rendimiento apropiados.

Dado un sistema de acristalamiento expuesto al fuego, de acuerdo con las normas existentes (ver, por ejemplo, la normativa EN 13501-2 [30]), su comportamiento frente al fuego se define generalmente en base a tres niveles de clasificación:

(a) integridad (clasificación "E"): el vidrio evita el paso de llamas, humo y gases calientes. El fuego permanece contenido; (b) radiación limitante ("EW"): el vidrio restringe la cantidad de calor que pasa a través de él hacia el lado que debe protegerse; (c) aislamiento térmico ("EI"): la temperatura promedio del vidrio en el lado protegido permanece por debajo de 140°C; por lo tanto, el riesgo de autocombustión de los materiales expuestos (ya sea por radiación o por convección) se puede minimizar y los edificios se pueden evacuar de manera segura y tranquila.

Los criterios de referencia de FR anteriores solo se pueden determinar sobre la base de experimentos de fuego, y las clases de clasificación de FR típicas están asociadas a 30, 60 o 120 minutos de rendimiento. Los estándares relevantes en uso en Europa son, por ejemplo, el documento EN 1363-1 [31], que proporciona requisitos y métodos de prueba FR; EN 1364-1 [32], para elementos y muros no portantes; y EN 1634 [33], para puertas y contraventanas. De hecho, los pisos y techos deben ensayarse de acuerdo con las normas EN 1365-2 [34] y luego clasificarse siguiendo las disposiciones de EN 13501-2.

Además de las disposiciones de la UE, el estándar de American Underwriters Laboratory [35] incluye un requisito adicional; es decir, un sistema de acristalamiento FR dado debe tener la capacidad de resistir la llamada "prueba de chorro de manguera", que evalúa la capacidad del sistema para permanecer intacto después de que un chorro de agua se dispara en su superficie, cuando se expone al fuego [36 ].

En comparación con otras condiciones de carga extrema que pueden ocurrir durante la vida útil de un sistema de acristalamiento estructural dado, el problema principal de los sistemas de vidrio FR surge de la respuesta del vidrio a las variaciones de temperatura. El vidrio convencional para aplicación en edificación (Sección 3), de hecho, ofrece una resistencia típicamente limitada cuando se expone al fuego y generalmente se rompe en minutos, evidenciando los llamados fenómenos de rotura térmica (Sección 4). El tratamiento térmico puede ofrecer una resistencia un poco más larga, pero esta mejora podría no ser lo suficientemente significativa. Los tipos de vidrio especiales, convencionalmente detectados como "vidrios FR" o "vidrios resistentes al fuego", están disponibles en el mercado para aplicaciones específicas (Sección 3.3). Por un lado, además del comportamiento general frente al fuego de los vidrios estándar, investigaciones experimentales anteriores demostraron que los sistemas de vidrio ordinarios también pueden ofrecer interesantes comportamientos frente al fuego (Sección 5). Sin embargo, los efectos térmicos puros combinados con cargas mecánicas adicionales que actúan sobre un sistema de vidrio estructural dado para verificar deberían comprometer severamente su rendimiento general, por lo que requieren pruebas experimentales e investigaciones detalladas a nivel de material, así como a nivel de componente y ensamblaje.

3.1. Propiedades químicas y físicas a temperatura ambiente

La mayoría de las soluciones de vidrio en edificios nuevos o existentes se realizan utilizando vidrio de sílice de cal sodada (SLS). Las aplicaciones especiales y limitadas en número solamente, cuando se requiere un nivel certificado de resistencia al fuego y resistencia al calor, se realizan con vidrio de borosilicato (BS), ya que ofrecen un mejor rendimiento a los cambios de temperatura. Las aplicaciones de vidrio BS en edificios son, de hecho, limitadas, en comparación con el enorme uso de vidrio SLS para elementos de carga, ventanas, etc. La Tabla 1 informa las principales características químicas y físicas de los tipos de vidrio SLS y BS a temperatura ambiente. Allí también se proporcionan valores nominales para las resistencias características en tracción y compresión. Como se sabe, varios tipos de vidrio SLS están de hecho disponibles comercialmente [1, 2], y el vidrio flotado recocido (AN) representa el material base de referencia.

La resistencia del vidrio AN suele ser limitada, en comparación con otros materiales de construcción, con un valor característico nominal en tensión de hasta 45 MPa. Las propiedades mecánicas del vidrio AN pueden mejorarse luego a través de procesos térmicos o químicos, dando lugar a vidrios reforzados (HS, con 70 MPa el valor nominal de resistencia a la tracción) o completamente templados (FT, con 120 MPa su resistencia a la tracción), respectivamente, con una mejor resistencia. resistencia a la tracción, así como efectos beneficiosos especialmente en términos de forma y tamaño de los fragmentos, en caso de falla accidental, debido al estado inicial de tensiones residuales resultantes de los procesos de refuerzo. En aras de la claridad, la Tabla 1 menciona valores nominales solo de las propiedades mecánicas del material.

Tabla 1. Propiedades químicas y físicas de los tipos de vidrio SLS y BS (a temperatura ambiente), de acuerdo con [1]. - Mesa de tamaño completo

Mientras no se supere la temperatura de transición Tg, el vidrio se comporta de forma elástica lineal bajo las cargas de diseño asignadas. Dada una combinación de cargas ordinarias para verificar, como resultado, el conocimiento de las propiedades mecánicas elásticas y los valores de resistencia para el vidrio SLS dados en la Tabla 1 permite realizar análisis estructurales analíticos o FE.

Sin embargo, la aparición y propagación de grietas puede ocurrir incluso prematuramente debido a posibles tensiones térmicas, lo que requiere un enfoque multidisciplinario típico para un material de construcción de este tipo. Los choques térmicos, es decir, el agrietamiento debido al gradiente de temperatura entre las regiones de vidrio calentadas y no calentadas, así como debido al coeficiente de expansión térmica relativamente bajo del vidrio, se espera que ocurran típicamente cuando el gradiente de temperatura es del orden de 40°C. para vidrio AN, hasta 100°C para vidrio HS y 200–250°C para vidrio FT [1]. Una gran cantidad de estudios de investigación se han centrado en la evaluación de la falla térmica de las ventanas de acristalamiento, cuidando los paneles de vidrio simples, las unidades de doble vidrio y los sistemas de puntos fijos (Sección 4).

3.2. Vidrio de seguridad laminado y vidrio aislante

Surgen problemas y complejidades de diseño adicionales en la medida en que los sistemas de vidrio no consisten en paneles individuales sino que se ensamblan en secciones compuestas laminadas y/o unidades de vidrio aislado, como se usa convencionalmente para edificios.

El vidrio laminado (LG) representa, en términos generales, la combinación de dos o más capas de vidrio junto con láminas que consisten en un determinado tipo de capa intermedia. LG se desarrolló por primera vez para aplicaciones automotrices, desde principios de 1900, para evitar lesiones en caso de accidentes, y solo en las últimas décadas, LG se ha utilizado ampliamente en aplicaciones de ingeniería civil con fines estructurales. Como regla general del concepto LG, se espera que la sección transversal resistente responda como un sistema compuesto a las cargas externas, por lo que tiene mejores prestaciones mecánicas que los paneles de vidrio simples, tanto en la etapa elástica como en la fase postfisuración. Desde un punto de vista mecánico, la primera ventaja implícita de las aplicaciones estructurales de LG es que se pueden unir varias capas de vidrio; por lo tanto, el nivel requerido de resistencia, rigidez y redundancia se puede obtener utilizando espesores de vidrio convencionales disponibles en el mercado. Además, gracias a la presencia de películas adhesivas, LG representa desde hace décadas la solución de vidrio de seguridad convencional en edificios, ya que es capaz de mantener unidos los fragmentos de vidrio en caso de falla, lo que reduce los posibles riesgos para las personas (Figuras 2(a) y 2( b)).

Las películas adhesivas generalmente consisten en películas de polivinilbutiral (PVB), láminas de ionoplast (es decir, SentryGlas® (SG)) y compuestos de etileno-acetato de vinilo (EVA). Como aspecto común de tales posibles interláminas, además de sus diferentes leyes constitutivas, estas películas se caracterizan generalmente por un comportamiento viscoso; por lo tanto, generalmente son sensibles a la aplicación de temperatura y tiempo de carga, como también se destaca en varios esfuerzos de investigación [37–39]. Además, incluso a temperatura ambiente, las capas intermedias en uso para aplicaciones LG generalmente se caracterizan por una rigidez al corte relativamente baja, en comparación con el vidrio (Figura 2 (c)). Por lo tanto, el rendimiento estructural general de una determinada sección compuesta de LG depende en gran medida de las características de la capa intermedia, incluidas la durabilidad y la resistencia.

En términos de diseño estructural de sistemas LG bajo cargas ordinarias, hay varios métodos disponibles para tener en cuenta los efectos de la degradación de la capa intermedia con el tiempo y el aumento de la temperatura (consulte [1, 2] para obtener un resumen de las formulaciones existentes). Como resultado, en la etapa de diseño, generalmente se aseguran comportamientos óptimos de resistencia y rigidez para ULS y SLS, así como desempeños de seguridad apropiados para la etapa postcraqueada de CLS. Sin embargo, se espera una contribución mayormente nula, dada la degradación mecánica típica de las capas intermedias para temperaturas superiores a 30°C (Figura 2(c)), de las capas intermedias bajo carga de fuego; es decir, se espera que el apartado de LG se comporte totalmente desacoplado. Allí, se deben tener en cuenta supuestos de diseño específicos, incluido el uso de compuestos intumescentes especiales (Sección 3.3).

A continuación, se pueden ensamblar varios paneles de vidrio (secciones monolíticas y LG) para actuar como unidades de vidrio aislante, tanto dobles (es decir, una sola cavidad de gas interpuesta entre paneles de vidrio) como triples (es decir, doble cavidad). Allí, los cálculos de diseño deben tener en cuenta los llamados efectos de carga compartida debido al relleno de aire o gas en las cavidades, es decir, la interacción mutua entre los paneles de vidrio una vez sometidos a cargas mecánicas [1, 2]. Las cargas climáticas ordinarias representan una condición de diseño adicional a verificar adecuadamente, debido a posibles variaciones en el volumen y presión de la cavidad. Por lo tanto, se requieren análisis térmicos de los sistemas de vidrio aislante incluso bajo exposición solar solamente. Todos los aspectos y variables mencionados, en consecuencia, aumentan aún más la complejidad del diseño de los sistemas de acristalamiento bajo fuego.

3.3. Acristalamiento resistente al fuego

El acristalamiento FR representa una solución relativamente reciente, conocida por proporcionar una excelente protección para la vida y la propiedad en caso de incendio y, por lo tanto, puede usarse como una barrera para la separación o compartimentación contra incendios (durante un período específico), lo que permite a los ocupantes reunirse en un lugar relativamente compartimento seguro y actuando como parte de una "estrategia de seguridad contra incendios" integrada para todo el edificio al que pertenece. Como aspecto crucial de tales soluciones, los sistemas de vidrio FR requieren una atención extrema en los detalles de la instalación. Además, todos los componentes FR, como los sellos del acristalamiento, los junquillos, las fijaciones y el marco, deben ser compatibles y trabajar juntos para lograr el rendimiento requerido [36].

El acristalamiento FR, debido también a los costos relativamente altos, en realidad encuentra aplicaciones limitadas en edificios, especialmente donde deben garantizarse escapes protegidos en caso de incendios. De acuerdo con un estudio realizado por Yang et al. [40], por ejemplo, el vidriado FR representaba en 2011 menos del 5 % de las aplicaciones de vidriado totales de China. Las principales limitaciones en el uso de vidrio FR se derivan también de la necesidad actual de esfuerzos de investigación adicionales e investigación sobre su desempeño real frente al fuego (Sección 4).

De acuerdo con pautas de diseño como [36], las soluciones de acristalamiento FR actualmente disponibles en el mercado pueden incluir (i) compuestos LG, obtenidos al unir diferentes tipos de vidrio (p. ej., paneles de vidrio SLS con tipos de vidrio reforzado y FR) con capas intermedias (es decir, películas intumescentes); (ii) vidrio armado; (iii) vidrio cerámico; (iv) vidrio laminado con resina; (v) vidrio laminado en gel; y (vi) vidrio de seguridad de silicato alcalinotérreo templado térmicamente (Figura 3). Se pueden combinar varias capas de vidrio de acuerdo con los tipos de ejemplo (i)–(vi) en unidades de acristalamiento FR aisladas. Dentro de la lista dada de soluciones (i)–(vi), los elementos de vidrio armado no ofrecen una mayor resistencia al fuego en comparación con el vidrio común y, por lo general, se agrietan antes debido a las tensiones térmicas. De hecho, el rendimiento de FR está garantizado por su malla de alambre integral, capaz de mantener juntas y en su lugar las piezas de vidrio agrietadas.

En términos generales, para propósitos de diseño estructural y cálculos mecánicos, un sistema FR dado puede tratarse convencionalmente como un elemento de vidrio estándar, no FR (Secciones 2.1, 3.1 y 3.2), con la diferencia de un rendimiento mejorado bajo exposición al fuego. En términos generales, los vidrios FR se consideran herramientas efectivas de protección pasiva contra incendios (PFP) para edificios, con aplicaciones específicas como puertas cortafuegos internas y externas acristaladas (paneles de visión); tabiques y compartimentos interiores; techos, pisos y techos; paneles de fachada; paredes de pasillos de acceso y escape; y escaleras, vestíbulos y recintos (para proteger los huecos). En yuxtaposición con las herramientas PFP, los sistemas de protección activa contra incendios (AFP) pueden proporcionar un mayor esfuerzo en combinación con los sistemas PFP, pero requieren cierto movimiento y respuesta para combatir el fuego.

Las herramientas típicas de AFP pueden ser automáticas (es decir, rociadores de agua, alarmas contra incendios, sistemas de supresión de aire hipóxico, etc.) o manuales (es decir, evacuación de emergencia, extintores, bomberos, mangueras de agua, etc.). Sin embargo, el diseño y la optimización contra incendios de tales sistemas son generalmente complejos y requieren competencias específicas. Además, generalmente se espera que los sistemas PFP y AFP combinados brinden mejores beneficios, pero también podrían conducir a peores desempeños. Hasta ahora, varios estudios de investigación [41–45] destacaron, por ejemplo, que las películas de agua y los rociadores pueden proporcionar un alto rendimiento contra incendios también a los sistemas de vidrio estándar sin clasificación de incendio, así como que las cortinas de vidrio FR con películas de agua pueden ofrecer alto comportamiento al fuego, pero limitada resistencia al calor, o que los sistemas AFP pueden anticipar fallas por choque térmico en acristalamientos y cerramientos, llevándolos a un colapso prematuro.

El desempeño del vidrio a altas temperaturas bajo calentamiento y carga de fuego atrajo la atención de varios estudios de investigación experimental, desde la década de 1950, debido al gran uso de paneles de vidrio en ventanas y fenestraciones. La mayoría de esas investigaciones están relacionadas con los efectos del choque térmico en el vidrio SLS, así como con su caracterización térmica en general, incluidas las variaciones del módulo de elasticidad (MOE) y la resistencia con altas temperaturas, mientras que actualmente solo se dispone de estudios experimentales limitados para el vidrio compuesto. sistemas y conjuntos bajo fuego o fuego combinado y cargas mecánicas (Sección 5). Las secciones 4.1 y 4.2, a este respecto, presentan un resumen de los principales resultados de la investigación a nivel de material, dando evidencia de algunos parámetros de influencia clave que deben tenerse en cuenta adecuadamente para la evaluación de la respuesta al fuego de los sistemas de vidrio estructural.

4.1. Temperatura de transición del vidrio

Como valor nominal convencional para la temperatura de transición vítrea, los estándares de diseño sugieren un valor convencional Tg = 530°C (Tabla 1). Sin embargo, según los experimentos llevados a cabo durante las últimas décadas en vidrio SLS, el vidrio AN estándar mostró altas variaciones en Tg, con temperaturas de transición medidas del orden de 550 °C, 283 °C y 400 °C [46, 47] .

Rouxel y Sangleboeuf [48] midieron en muestras de vidrio SLS valores de Tg comprendidos entre 450 °C y 600 °C, lo que da evidencia del rendimiento térmico de las muestras fisuradas artificialmente, incluidas pruebas de flexión a altas temperaturas para monitorear las variaciones de MOE.

Debido a las propiedades intrínsecas del vidrio SLS, de hecho se sabe que, en la medida en que la temperatura de servicio aumenta hasta Tg, su respuesta se vuelve progresivamente dependiente del tiempo, con un rápido aumento de las deformaciones permanentes. El vidrio AN estándar, basado en [42–44], demostró ofrecer una transición típica de frágil a dúctil (BTD) a altas temperaturas, con una mejora de la tenacidad en comparación con otros tipos de vidrio. Sin embargo, también se observó que el mismo comportamiento de BTD depende en gran medida de la velocidad de deformación impuesta, con BTD y el aumento de la temperatura de transición con el aumento de la velocidad de deformación [48].

4.2. Propiedades termomecánicas del vidrio y efectos de la temperatura

Las propiedades elásticas del vidrio estándar a temperaturas elevadas han sido ampliamente evaluadas por Rouxel [47], teniendo en cuenta los datos experimentales disponibles en la literatura después de la década de 1950, lo que proporciona evidencia de la sensibilidad MOE del vidrio SLS a la temperatura, en comparación con otros tipos de vidrio (ver Figura 4, con vidrio flotado SLS etiquetado como "vidrio de ventana"). Se puede observar una dependencia bastante lineal y una disminución limitada para los valores de MOE del vidrio SLS, en la medida en que T no exceda de Tg, mientras que se muestra una pérdida abrupta posterior de rigidez.

Kerper y Scuderi [49] también llevaron a cabo experimentos anteriores con componentes de vidrio SLS y BS, prestando especial atención a las muestras que incluían (i) vidrio SLS reforzado químicamente, (ii) vidrio SLS completamente templado térmicamente y (iii) semitemplado térmicamente. vidrio BS. A través del estudio experimental se consideraron listones de vidrio con dimensiones de 254 × 38,1 mm (6,35 mm de espesor) y 152,4 × 25,4 mm (2,54 mm de espesor). Dados los tipos de muestra (i)–(iii) y una temperatura de referencia (0–560 °C el rango probado), se derivaron experimentalmente valores de MOE casi estables, incluso después de ciclos secuenciales de calentamiento y enfriamiento. En general, se encontró que los valores de MOE estaban completamente relajados para temperaturas superiores a 400°C.

Se puede observar una estrecha correlación con las variaciones del MOE en especímenes de vidrio AN estándar, según se deriva de diferentes fuentes bibliográficas (consulte la Figura 5, donde los resultados de las pruebas de Shen et al. [50] en muestras monolíticas de SLS (75,43 × 14,80 mm de tamaño, con 3,26 mm el espesor nominal) también se reportan). La misma Figura 5, finalmente, da evidencia de los valores de MOE típicamente crecientes para las muestras de BS, en función del aumento de las temperaturas.

Merece interés para fines de diseño estructural que Kerper y Scuderi [49] también evaluaron las variaciones de resistencia en el vidrio SLS a altas temperaturas. En particular, no se informaron pérdidas de resistencia para temperaturas de hasta 375 °C (menos del 5 % de pérdidas, en comparación con la temperatura ambiente), para especímenes de SLS templados térmicamente por completo. Se registró una disminución sustancial de la resistencia solo para temperaturas superiores a 500°C (exposición al fuego durante varias horas) y 550°C (15 minutos de exposición al fuego). El vidrio SLS reforzado químicamente mostró una pronunciada degradación de la resistencia con el aumento de la temperatura, hasta un 5 % de pérdida a 204 °C (500 horas de exposición al fuego), un 5,8 % a 260 °C (500 horas) y un 100 % a 600 °C. (6 horas).

Siguiendo [49], una gran cantidad de estudios experimentales relacionados con el rendimiento del vidrio SLS se han centrado en la evaluación de la rotura térmica, siendo representativos de la principal causa del agrietamiento del vidrio de las ventanas. Emmons [51] y otros investigadores [52, 53] plantearon por primera vez el problema del agrietamiento térmico y la lluvia radiactiva del vidrio en la década de 1980, mientras que en las últimas décadas se ha llevado a cabo un número creciente de experimentos en muestras a pequeña escala, muestras individuales. paneles de vidrio, o paneles de vidrio dobles de soporte variable, bajo el efecto del fuego o radiación de calor (ver, por ejemplo, [54–60]). Las investigaciones numéricas se propusieron, por ejemplo, en [61–63], lo que proporciona evidencia de los efectos de las condiciones de contorno y borde en la respuesta térmica y la rotura de los cristales de las ventanas estándar.

Malou et al. [64] llevaron a cabo experimentos de resistencia térmica en especímenes de vidrio SLS, AN de 3 mm de espesor (15 × 50 mm de su tamaño nominal). Se registró un valor bastante constante para la resistencia a la tracción del vidrio, hasta un aumento de temperatura de 270°C (Figura 6(a)). De hecho, las temperaturas más altas se asociaron con una fuerte disminución en la resistencia medida (más del 50 % del valor de referencia a temperatura ambiente), lo que evidencia los efectos del choque térmico y la propagación del daño en las muestras de vidrio, así como rendimientos generalmente limitados del vidrio AN. También se observó una disminución bastante suave del MOE (Figura 6(a)).

Más tarde, Xie et al. [65] investigó experimentalmente la resistencia a la tracción de muestras de vidrio SLS, AN a altas temperaturas. Los ensayos de tracción cuasiestática se realizaron sobre probetas pequeñas, con espesores comprendidos entre 4 mm y 12 mm (2 mm de diferencia entre cada juego de probetas). Se llevaron a cabo repeticiones de ensayo en especímenes con las mismas propiedades geométricas a 25°C y 200°C, donde la resistencia crítica a la rotura se derivó como la primera aparición de fisuración. En la Figura 6(b), se proporciona evidencia de tales resultados de prueba (valores promedio, con valores mínimos y máximos para cada serie). De acuerdo con [65], se observó una disminución insignificante de la resistencia para las muestras expuestas a 200 °C, en comparación con los resultados a temperatura ambiente, mientras que se observó una mayor sensibilidad, especialmente en el espesor del vidrio (Figura 6(b)).

Vale la pena notar que, en la medida en que se examinen diferentes referencias bibliográficas (ver, por ejemplo, [66]), incluso se pueden derivar hallazgos experimentales contrapuestos, que dan evidencia de una dispersión y sensibilidad típicamente altas de la resistencia térmica del vidrio a temperaturas elevadas, lo que sugiere más pruebas e investigaciones a nivel material.

Pasando del material al nivel de ensamblaje, se puede percibir aún más la necesidad de una mayor evaluación e investigación experimental.

De hecho, los experimentos relacionados con la rotura térmica de sistemas de acristalamiento específicos bajo carga de fuego se han llevado a cabo recientemente, es decir, para unidades de doble acristalamiento [58] o vidrios fijados por puntos pertenecientes a muros cortina [60]. En el caso de paneles fijados por puntos, por ejemplo, se observó típicamente una alta sensibilidad de rotura térmica (es decir, tiempo de falla y patrón de grietas), según la posición de los conectores de puntos (ver un ejemplo en la Figura 7). El desempeño real de este tipo de especímenes, como se esperaba de la configuración límite examinada, demostró estar estrictamente relacionado con los efectos combinados de la exposición térmica, así como con la carga mecánica (es decir, el peso propio de los paneles fijados por puntos, lo que lleva a una tensión adicional). picos cerca de los agujeros), por lo que requiere una investigación detallada de ambos aspectos combinados.

En este sentido, Chen et al. [17] estudiaron el comportamiento de rotura térmica de las ventanas AN estándar, bajo los efectos de cargas térmicas combinadas y presiones de viento. Los paneles monolíticos de 0,6 × 0,6 m (6 mm de espesor) soportados por un marco de acero se sometieron a una carga de fuego de referencia y a varios niveles de presión del viento (hasta 11 m/s de la velocidad del viento sobre la superficie de vidrio). El agrietamiento del vidrio, en algunos casos, ocurrió junto con la lluvia de muestras del marco de soporte. Sin embargo, los resultados de las pruebas (15 especímenes en total) demostraron en general que el tiempo del primer agrietamiento disminuye notablemente al aumentar la presión del viento impuesta; es decir, las cargas mecánicas (viento, en este caso específico) pueden acelerar mucho la falla de los sistemas de vidrio cargados térmicamente. Como resultado, generalmente se deben llevar a cabo investigaciones detalladas que incluyan cargas térmicas y mecánicas combinadas bien representativas de las configuraciones reales de carga y límite para el sistema de acristalamiento estructural examinado.

En el caso de los sistemas LG, por ejemplo, se debe tener debidamente en cuenta el desempeño térmico de las interláminas de uso común. En este sentido, Debuyser et al. [16] investigaron el comportamiento de especímenes LG monolíticos y de triple capa compuestos de vidrio AN estándar, bajo los efectos del calor radiante. Se tuvieron en cuenta espesores nominales de cristales de 6 mm, 10 mm y 15 mm, unidos entre sí en secciones LG por capas de PVB o SG (0,76 mm o 1,52 mm de espesor de láminas intermedias).

En el conjunto de experimentos también se incluyeron muestras monolíticas recubiertas de baja emisividad. Se llevaron a cabo pruebas tanto de radiación como de transmitancia, lo que evidenció, de acuerdo con esfuerzos de investigación anteriores, la resistencia relativamente limitada y el bajo rendimiento térmico de las muestras de vidrio AN, debido a la aparición prematura de grietas térmicas, así como a la mala reacción térmica. de interláminas de unión (en el caso de probetas LG). También se enfatizaron los problemas críticos de diseño, aprovechando un modelo 1D capaz de capturar la respuesta térmica real de los especímenes probados. También se informaron las propiedades térmicas de las láminas de PVB y SG, hasta 340 °C (Figura 8). Los resultados de las pruebas recopilados en [16], incluso limitados a temperaturas máximas de 340 °C, generalmente mostraron una estrecha correlación con las referencias bibliográficas anteriores para el vidrio SLS [67, 68] (Figura 8). También es de interés la caracterización térmica de las láminas de PVB y SG.

Si bien el número relativamente grande de estudios experimentales se centró en el comportamiento térmico del vidrio como material de construcción, aún se encuentran disponibles trabajos limitados en la literatura sobre el comportamiento frente al fuego de los sistemas y conjuntos de vidrio completo (ver una selección en la Tabla 2).

Tabla 2. Resumen de estudios de investigación experimental seleccionados sobre sistemas de vidrio estructural bajo fuego. - Mesa de tamaño completo

5.1. Muros, Fachadas, Cerramientos y Ventanas de Vidrio

Los cerramientos y paredes acristalados atrajeron la atención de los investigadores, especialmente durante los últimos años, para evaluar el comportamiento frente al fuego de nuevas soluciones FR en lugar del vidrio estándar. Al hacerlo, las configuraciones de límite y carga reales se tuvieron debidamente en cuenta al definir la configuración y los métodos de prueba, a fin de reproducir las condiciones de prueba de especímenes a gran escala como parte de edificios completos y sistemas complejos.

Los cerramientos de vidrio diseñados para una extensión del Aeropuerto Internacional Washington Dulles (sistema de tren automatizado para pasajeros) se probaron bajo condiciones de incendio en 2007, según lo informado por Mejicovsky [69] (Figura 9(a)). Se investigaron paneles de vidrio con dimensiones de 3,8 × 3,6 m de alto y sostenidos por marcos interiores de acero (4,7 m de ancho de bahía promedio). Se definieron detalles especiales (incluso utilizando materiales estándar, sin clasificación de incendio), para ofrecer la redundancia adecuada al sistema de acristalamiento, incluso en caso de un evento accidental. Con este fin, también se diseñó una maqueta especial para simular la condición real de carga de fuego para el cerramiento acristalado.

Los elementos de vidrio para techos y paredes se diseñaron en forma de secciones LG, compuestas por dos paneles de vidrio FT de 10 mm de espesor unidos por una capa intermedia de PVB de 1,52 mm de espesor. Luego, las juntas de acristalamiento se realizaron por medio de bloques de ajuste de caucho de silicona y juntas de sellado de silicona estructural (tipo Dow Corning 995™), mientras que el canal de acristalamiento y las molduras del borde consistieron en acero inoxidable de un mínimo de 3 mm de espesor. La prueba de fuego se detuvo después de 35 minutos de exposición, con temperaturas en vidrio superiores a 250°C (hasta 400°C en las últimas 5 pruebas del experimento). El examen posterior del sistema de acristalamiento no reveló grietas ni desprendimiento de los componentes, pero se observó fusión y desgasificación localizadas de la capa intermedia de PVB, en forma de pequeñas burbujas y/o delaminación parcial (consulte los detalles de la Figura 9(a)).

Machalická et al. informaron sobre una prueba de fuego estándar a gran escala según EN 1363-1 y EN 1364-1. [70] para una pared de vidrio sostenida por un marco de aluminio. La pared (3.475 × 4.57 m el tamaño total) constaba de tres paneles especiales FR, LG, tipo relleno de gel (1.4 × 4.5 m el tamaño del panel central LG, 1 × 4.5 m para los paneles laterales). Los pequeños espacios entre los paneles de vidrio adyacentes se llenaron por medio de cintas y selladores FR especiales. El colapso de la pared de vidrio ocurrió después de 49 minutos de exposición al fuego, con temperaturas máximas del orden de 150°C (Figura 9(b)).

Ambos paneles LG dobles compuestos por vidrio especial templado, tipo relleno de gel (tipo SAFTI SuperLite II-XL™, con 19,05 mm de espesor total), y paneles de vidrio monolítico (6,35 mm de espesor) se ensamblaron entre sí para obtener la pared de acristalamiento ensayada en [71]. Tal pared de vidrio (dos paneles de vidrio para cada tipo de sección transversal) estaba soportada por un marco y tenía unas dimensiones totales de 2,42 × 2,42 m. Los experimentos con fuego dieron evidencia de rendimientos de fuego limitados de los paneles de vidrio simples, en comparación con los componentes FR. De hecho, los paneles de vidrio monolíticos se caracterizaron por una caída prematura del marco de soporte (es decir, 3 minutos después de la ignición, con un lapso de 0,8 segundos entre la aparición de las primeras grietas en el vidrio y la caída final de los paneles monolíticos (Figura 10(a))). Los paneles dobles LG, por el contrario, permanecieron intactos hasta la conclusión de la prueba (>30 minutos), sin grietas visibles ni mecanismos de falla cerca de las conexiones con el sistema de estructura.

Este no es el caso de los estudios experimentales realizados por Yang et al. [40] que probó paneles de vidrio FR monolíticos bajo curvas de fuego estándar. De hecho, el estudio experimental proporcionó evidencia de los principales problemas derivados de los sistemas de enmarcado y las conexiones relacionadas. Incluso los paneles de vidrio FR demostraron ofrecer un alto rendimiento bajo carga de fuego; en particular, se observó que la pérdida de integridad se originó en los detalles de la conexión del marco de vidrio con metal (Figuras 10(b) y 10(c)). También se pueden encontrar más experimentos de incendios e investigaciones numéricas sobre sistemas de fachadas de vidrio en [78–82], con evidencia del desempeño de tipologías de sistemas de vidrio específicos, incluidos los sistemas de redes de cables y las fachadas inclinadas.

5.2. Modernización y mejora de ventanas de vidrio estándar

En el mercado se encuentran disponibles varios tipos de películas protectoras capaces de mejorar el comportamiento frente al fuego de las ventanas estándar nuevas y existentes. Si bien estos recubrimientos no afectan la rigidez elástica a temperatura ambiente y la resistencia de un panel de vidrio determinado para reacondicionar, las mismas películas pueden ser beneficiosas para retrasar los efectos de las altas temperaturas, lo que resulta en un mayor rendimiento FR.

Koudijs y Csoke [72] dieron por primera vez pruebas experimentales del alto potencial de las películas protectoras para los sistemas de vidrio tradicionales, teniendo en cuenta detenidamente la mejora del comportamiento frente al fuego de las ventanas compuestas de vidrio SLS, teniendo en cuenta un edificio de estudio de caso en Róterdam (NL). (Figura 11(a)). Los revestimientos de baja emisividad se interpusieron dentro de las unidades tradicionales de doble acristalamiento mediante la evaluación de los efectos de su posición (es decir, la cara de la cavidad interior, etc.) bajo carga de fuego. La integridad de las muestras de ventanas se aseguró durante 27 minutos en el caso del vidrio AN, pero aumentó hasta 60 minutos en presencia de paneles de vidrio HS, lo que demuestra el potencial comportamiento frente al fuego de los sistemas de aislamiento tradicionales, incluidos los revestimientos especiales.

Misawa et al. [73] también probaron la eficacia de películas refractarias especiales, destinadas básicamente a su aplicación en el lado interior de las ventanas estándar existentes. El espécimen típico consistía en una unidad de doble acristalamiento, revestida de baja emisividad, con un tamaño de referencia de 1 × 1 m. Allí, se adhirió una película refractaria novedosa a la cara interior de la unidad vidriada (es decir, sobre la superficie de vidrio que se esperaba que fuera expuesta al fuego). La película refractaria constaba de (i) una película externa de tereftalato de polietileno (PET) adherida a (ii) una capa de protección ultravioleta y (iii) una capa de material a base de silicato de sodio (1 mm de espesor) (Figura 11(b)). Se realizaron 12 pruebas en total, incluidas variaciones en el proveedor de vidrio AN, el grosor (8 mm o 12 mm) y el tamaño de la muestra (30 × 30 cm, 100 × 100 cm y 94 × 94 cm), así como Low-E superficie de aplicación de la película y comparaciones con muestras transparentes sin recubrimiento. Todos los experimentos demostraron la alta eficiencia de las películas refractarias, lo que permite que las unidades de doble acristalamiento Low-E alcancen un mínimo de 20 o 30 minutos de resistencia al fuego, como se requiere para las ventanas FR.

Aunque los estudios de investigación mencionados demostraron en general el potencial y la eficiencia de tales recubrimientos especiales para mejorar la resistencia al fuego de los sistemas de acristalamiento, aún deben evaluarse varios aspectos. Wu et al. [83], por ejemplo, investigaron experimentalmente el rendimiento a alta temperatura y la degradación térmica de las capas protectoras de uso común para aplicaciones de vidrio, dando evidencia de emisiones de gases cuando se exponen al fuego.

5.3. Pisos y techos de vidrio

Siebert y Maniatis [74] informaron sobre pruebas de fuego realizadas en pisos vidriados pertenecientes a la estación de metro "Olympiapark Nord" en Munich (Alemania). En el túnel del techo, el acristalamiento superior accesible para los escalones de las personas se hizo accesible por medio de varias aberturas (5 × 3,5 m de tamaño). Se tuvieron en cuenta los requisitos de FR, como una posible configuración derivada de accidentes (es decir, trenes incendiados en el túnel). Se diseñaron y probaron bajo fuego paneles LG especiales de seguridad multicapa para garantizar niveles de seguridad adecuados (Figura 12). Sin embargo, no hay resultados de pruebas ni datos relacionados con el rendimiento del fuego disponibles en la literatura.

Experimentos de fuego similares se resumen también en [75], refiriéndose a los paneles de piso acristalados diseñados, en 2011, para ser instalados a una altura de 130 m en la histórica Blackpool Tower (Reino Unido), como parte de un proyecto de remodelación en curso. Se llevó a cabo una prueba de fuego a gran escala (Figura 13), con 4,42 × 3,8 m del tamaño total del sistema de piso. El marco tratado con acero dulce y las juntas relacionadas también se incluyeron dentro de la configuración de prueba, para evaluar el rendimiento contra incendios del sistema de acristalamiento completo bajo su configuración de restricción real.

Con el objetivo de garantizar la integridad estructural adecuada, así como el rendimiento general en caso de accidentes de incendio, el panel de vidrio típico (3 × 1,1 m el tamaño máximo) constaba de una sección LG, tres capas de vidrio FT de 10 mm de espesor, unidas entre sí a un Pilkington Pyrostop™ de 23 mm, mediante el uso de un adhesivo compuesto líquido especial (tipo Koediguard™). Los elementos de estructura de acero también se trataron previamente con revestimientos intumescentes, lana mineral y tableros de control contra incendios. Finalmente, se incluyeron juntas de expansión adicionales en la configuración, para evitar el pandeo en los miembros del marco de soporte. El ensayo de fuego se llevó a cabo de acuerdo con la normativa EN, asignando al sistema de pavimentación una curva estándar de fuego y una carga mecánica simultánea, siendo representativa de multitud (5 kN/m2, presión uniforme distribuida o carga puntual de 4,5 kN (50 × 50 mm huella de pie), respectivamente).

El comportamiento frente al fuego superó los 60 minutos de integridad (la prueba se detuvo después de 68 minutos), con temperaturas máximas registradas de 67,6 °C y sin evidencia de desprendimiento o falla. En comparación con los requisitos de aislamiento contra incendios (EN 1363-1), donde el aumento de temperatura no debe exceder los 140 °C (Sección 2), se garantizó una tolerancia de > 120 °C (12 °C la temperatura ambiente durante la prueba). Se midió una deflexión posterior a la prueba de 16,5 mm (con 1/175 del valor límite de deflexión del vano del techo proporcionado por las normas).

5.4. Vigas de vidrio

Se pueden encontrar antecedentes limitados de literatura experimental para elementos de vidrio estructural bajo carga de fuego, debido a la demanda relativamente reciente de evaluación de vulnerabilidad y protección para estos sistemas.

Ver et al. informado en [22] sobre un conjunto de resultados comparativos de pruebas de flexión, obtenidos experimentalmente de vigas monolíticas y LG bajo fuego, para evaluar los efectos de los recubrimientos intumescentes. La carga de fuego se impuso en forma de llama constante a 650°C, con una distancia fija de la superficie lateral de las vigas (Figura 14). Se probaron varias geometrías de haz (40 mm × 400 mm del tamaño total), incluidas muestras con diferentes espesores y tipos de vidrio SLS estándar, como

(a) vidrio AN de 6 mm de espesor; (b) vidrio templado químicamente de 6 mm de espesor (120 MPa la tensión inicial); (c) vidrio templado químicamente de 3 mm de espesor, laminado con lámina de policarbonato (PC) de 1 mm (3 capas de vidrio + 2 películas de PC); (d) vidrio de 3 mm de espesor, segmentado, templado químicamente, laminado con lámina de PC de 1 mm (3 capas de vidrio + 2 películas de PC). En comparación con C, las capas de vidrio se unieron a láminas de PC en un patrón superpuesto; (e) Un haz LG (como en el caso de las muestras de tipo C y D), incluidas cavidades aislantes en los lados externos.

Todas las configuraciones (a)–(e) se probaron sin y después de la aplicación del revestimiento intumescente (tipo de pintura FlameGuard HCA-TR™).

Para estas vigas se utilizó una configuración de prueba de flexión de cuatro puntos convencional. Se llevaron a cabo experimentos sin carga mecánica externa, así como con pesos adicionales (con hasta 24 MPa de la correspondiente tensión de flexión en el centro del tramo) en muestras monolíticas de AN (tipo A) (Tabla 3).

Tabla 3. Resumen de los resultados de las pruebas de flexión informados en [22]. - Mesa de tamaño completo

La investigación experimental general proporcionó evidencia de algunos aspectos importantes, como, por ejemplo, el nivel de seguridad potencial de las vigas de vidrio estructural bajo fuego.

Sin embargo, también se enfatizaron aspectos críticos para las mismas probetas, como, por ejemplo, en el caso de las vigas segmentadas (tipo D, ver Figura 14(c)). Algunas simulaciones preliminares de FE también se informaron en [22], lo que brinda evidencia de la distribución de temperatura y los efectos de estrés relacionados para las vigas examinadas. De hecho, es digno de interés que estos modelos FE preliminares dieron evidencia de picos de temperatura en las capas adhesivas que brindan unión estructural entre los segmentos de vidrio, lo que enfatiza el papel crucial de los detalles.

Bokel et al. [76] más tarde exploró especímenes de haz de vidrio similares, teniendo en cuenta las mismas características geométricas generales y la configuración de prueba presentada en [22]. El aspecto novedoso se representó probando vigas LG compuestas de vidrio FR especial (es decir, tipo Pyroguard™ así como vigas LG compuestas de 3 capas de vidrio SLS, con películas epoxi actuando como capas intermedias para todos los especímenes). Como resultado general de la investigación experimental, se encontró que las capas de epoxi comenzaron a carbonizarse después de solo unos segundos, con un rendimiento de fuego limitado de las muestras de vigas. Se observó un comportamiento casi comparable para todos los haces, ambos compuestos de capas especiales de Pyroguard o no, lo que da evidencia (además del número limitado de pruebas) de la necesidad de investigaciones más extensas.

Louter y Nussbaumer [77] realizaron pruebas experimentales a gran escala en vigas LG compuestas por capas de vidrio estándar. A diferencia de [18], se consideró una curva de fuego estándar para la carga en el horno, de acuerdo con las normas EN (Sección 2). A través del estudio experimental, se investigaron 3 haces a gran escala. Dada la misma dimensión total de las vigas (1 m × 0,1 m), se tuvieron en cuenta las variaciones en función del tipo de vidrio (AN, HS y FT, respectivamente). La sección transversal de referencia constaba de 3 capas SLS, de 10 mm de espesor, unidas entre sí por láminas SG (1,52 mm de espesor).

Se consideró un ensayo de flexión en cuatro puntos, con los apoyos extremos protegidos de la exposición al fuego, y se asignó la carga de fuego junto con una carga mecánica constante simultánea de 115 kg en la sección central. Dado el efecto de estrés limitado debido a la carga mecánica asignada (con esfuerzos de tracción máximos del orden de 5 MPa en el centro de la luz de las vigas), las probetas demostraron ofrecer un comportamiento bastante estable bajo fuego, para >40, >45 y >50 minutos en el caso de las vigas AN, HS y FT, respectivamente, hasta el colapso (Figura 15). Como observación general de este tipo de pruebas, las láminas de la capa intermedia comenzaron a derretirse y a salirse de su posición después de solo unos minutos de exposición al fuego; por lo tanto, los paneles de vidrio SLS se comportaron como capas casi completamente desacopladas. Por otro lado, proteger los extremos de las vigas del fuego permitió evitar mecanismos de colapso prematuro.

En este documento, se presentó un estado del arte sobre los sistemas de vidrio estructural bajo carga de fuego, con una consideración cuidadosa de los métodos y problemas de diseño actuales, así como los esfuerzos de investigación experimental. Además del uso cada vez mayor del vidrio en los edificios como material de construcción capaz de interactuar y/o reemplazar materiales de uso tradicional, el comportamiento real de los ensamblajes de vidrio estructural, en general, requiere actualmente más investigaciones, así como la aplicación de fallas específicas. -Reglas de diseño seguras. Este es el caso de los sistemas de acristalamiento bajo cargas ordinarias, pero especialmente de condiciones de carga extremas, como, por ejemplo, accidentes con fuego.

Como se muestra, las características intrínsecas del vidrio y su interacción con otros componentes (es decir, sistemas de enmarcado, detalles de los límites, etc.) hacen que los sistemas de acristalamiento sean muy vulnerables a las variaciones de temperatura, así como a los efectos combinados de las cargas térmicas y mecánicas, por lo que requieren enfoques multidisciplinarios. en su diseño. Al hacerlo, se deben garantizar niveles de seguridad estructural adecuados en combinación con múltiples aspectos, como los requisitos de transparencia, estética y aligeramiento.

A nivel de material, en particular, se puede encontrar un amplio conjunto de investigaciones experimentales en la literatura, con el objetivo de evaluar los principales efectos de las altas temperaturas en el MOE, la resistencia a la tracción y el agrietamiento térmico del vidrio estándar. La mayoría de estos resultados experimentales están bastante de acuerdo en lo que respecta a la variación del MOE con la temperatura. Sin embargo, cuando se toman en cuenta diferentes fuentes bibliográficas, los resultados de las pruebas también pueden dar evidencia de una alta dispersión en las tendencias observadas, como, por ejemplo, en el caso de la resistencia térmica del vidrio (Sección 4). Además, mientras que la mayoría de las aplicaciones de vidrio en la construcción consisten en sistemas de vidrio laminado o aislado, solo hay pocos estudios experimentales disponibles para caracterizar los efectos térmicos en las láminas de capas intermedias a alta temperatura.

En la medida en que la atención pasa del material al sistema y los niveles de ensamblaje, también se puede encontrar en la literatura un conjunto relativamente amplio de investigaciones experimentales, con una cuidadosa consideración del comportamiento frente al fuego de varias tipologías de sistemas de vidrio que incluyen una multitud de límites. configuraciones, patrones de exposición al fuego y tipos de vidrio (vidrio estándar y/o FR). Como un aspecto común de tales investigaciones experimentales (Sección 5), los detalles de conexión y las restricciones generalmente demostraron tener un papel clave en las respuestas generales observadas, tanto para sistemas con soporte de marco como con soporte de punto. En términos generales, los cerramientos, paredes y vigas de vidrio demostraron, en la mayoría de los casos, ofrecer un rendimiento bastante estable bajo carga de fuego, incluso compuestos solo de vidrio estándar, pero que requieren más pruebas y evaluaciones exhaustivas con especial atención a los detalles de apoyo.

Finalmente, los esfuerzos de la literatura se han dedicado en los últimos años también a evaluar el potencial y la eficacia de los recubrimientos y películas especiales para la actualización y protección de ventanas y sistemas de vidrio existentes en general. De acuerdo con observaciones anteriores, tales soluciones generalmente dieron evidencia de grandes beneficios para las muestras de vidrio sin recubrimiento, pero aún se debe considerar cuidadosamente para optimizar adecuadamente su potencial.

El autor declara que no existen conflictos de interés.

Este estudio de investigación se ha llevado a cabo dentro de las actividades de "Tarea Estructural" de la Acción COST de la UE TU1403 "Red de Fachadas Adaptativas" en curso (www.tu1403.eu). En este sentido, se agradece a COST por facilitar la red científica y la colaboración entre el autor y los expertos internacionales de Action.