Rotura espontánea de vidrio

Rotura espontánea de vidrio

Copyright: Sr. Amanda Gibney Weko

Rotura espontánea

Daños menores en los bordes durante la manipulación del vidrio, un rasguño o una muesca durante la instalación, un defecto de diseño o una imperfección natural en el vidrio pueden provocar roturas espontáneas.

Todos hemos escuchado el crujido de una piedra o un pedazo de escombros en el parabrisas de nuestro automóvil. Podemos ver un pinhole o grieta inmediata y saber que esto inevitablemente atravesará el cristal y hará que el parabrisas se rompa si no se trata.

Que un pequeño impacto pueda causar daños importantes en el vidrio no se limita a nuestros vehículos. Problemas similares suceden con el acristalamiento comercial.

Un daño menor en el borde durante el manejo del vidrio, un rasguño o una muesca durante la instalación, un defecto de diseño o una imperfección natural en el vidrio pueden provocar roturas espontáneas, es decir, la rotura del vidrio que parece no ser espontánea.

Para los profesionales del diseño y la construcción, comprender cómo y por qué las roturas de vidrio pueden ser clave para la prevención.

ESMALTE DE SEGURIDAD

En general, el vidrio se hace fusionando sílice (un componente de arena), carbonato de sodio (o carbonato de sodio, que reduce el punto de fusión de la sílice) y óxido de calcio (u cal, que agrega estabilidad química) a una temperatura alta.

El vidrio se enfría, moldea y enfría aún más (un proceso llamado recocido) para estabilizarlo y fortalecerlo.

El vidrio recocido estándar se puede usar para ventanas en áreas de poco tráfico, pero la mayoría de los códigos exigen el acristalamiento de seguridad. Si se rompe, el vidrio recocido se romperá en pedazos y fragmentos afilados.

Izquierda: el vidrio recocido estándar se rompe en fragmentos afilados; Derecha: el vidrio templado o templado se rompe en pequeñas piezas del tamaño de un guijarro
Izquierda: el vidrio recocido estándar se rompe en fragmentos afilados; Derecha: el vidrio templado o templado se rompe en pequeñas piezas del tamaño de un guijarro

El acristalamiento de seguridad reduce el potencial de lesiones por rotura. El vidrio se trata para fortalecer y cambiar sus propiedades de rotura. Hay dos tipos principales de acristalamiento de seguridad: vidrio templado y vidrio laminado.

El vidrio reforzado con calor proporciona más estabilidad que el recocido, pero no puede considerarse acristalamiento de seguridad porque tiene el potencial de formar grandes fragmentos cuando se rompe.

Tanto el vidrio templado como el termoendurecido se tratan térmicamente a 1200 grados F (650 grados C) y se enfrían a la fuerza para crear una compresión de superficie o borde.

Vidrio templado se enfría muy rápidamente, creando una mayor compresión de la superficie y los bordes.

El vidrio reforzado con calor se enfría más lentamente para lograr una compresión más baja de la superficie y los bordes que el vidrio templado, pero aún mayores propiedades que el vidrio recocido.

Diagrama que muestra vidrio reforzado con calor
Diagrama que muestra vidrio reforzado con calor

También llamado vidrio templado, el vidrio templado ha sido tratado térmicamente para una compresión superficial mínima de 10,000 PSI y resistencia al impacto cuatro veces más fuerte que el vidrio recocido.

El proceso de enfriamiento rápido, o enfriamiento rápido, pone las superficies y los bordes del vidrio en compresión mientras el centro permanece en tensión.

El proceso cambia la característica de rotura del vidrio, de modo que cuando se rompe, se rompe en pedazos pequeños del tamaño de un guijarro y reduce el potencial de lesiones de los fragmentos afilados.

El vidrio templado no se puede cortar. El vidrio reforzado con calor ha sido tratado térmicamente para una compresión superficial de 3,500-7,500.

Al doble de la compresión de la superficie del vidrio recocido, se usa el acristalamiento reforzado con calor en lugar del acristalamiento general donde se desea protección térmica y contra el viento adicional.

Otra opción de acristalamiento de seguridad, el vidrio laminado utiliza una combinación de calor y presión para emparedar una o más capas de butiral de polivinilo (PVB) entre dos o más capas de vidrio.

Las capas de vidrio laminado mantienen el panel unido en caso de rotura mientras aumentan la resistencia y la estabilidad de los bordes.

Ilustración de vidrio laminado cortesía de JE Berkowitz
Ilustración de vidrio laminado cortesía de JE Berkowitz

Causas de rotura

Un material de construcción inherentemente frágil, el vidrio siempre tiene el potencial de romperse.

Si bien los fabricantes producen acristalamientos de seguridad y recubrimientos de autocuración, y desarrollan nuevos métodos para hacer que el vidrio sea más fuerte y seguro, los profesionales del diseño y la construcción deben tener en cuenta las causas comunes de rotura y las medidas preventivas.

MANEJO DE DAÑOS

La causa más común de rotura de vidrio proviene de daños en los bordes o la superficie durante el manejo.

Incluso la mínima muesca o astilla en el vidrio durante el empaque, envío o instalación puede, con el tiempo y la expansión y contracción natural a través de cambios de temperatura y movimientos sutiles de construcción, generar una concentración de tensión alrededor de la imperfección, lo que puede conducir a una ruptura futura.

Aunque aparentemente espontáneo, este tipo de rupturas tiene una causa natural. El manejo adecuado por parte de vidrieros profesionales capacitados es un medio principal para ayudar a evitar este tipo de roturas.

ROTURA RELACIONADA CON EL MARCO

Si las juntas, bloques de fijación o bloques de borde en una ventana de metal o marco de cortina faltan, están dañados o no son suficientes para amortiguar el vidrio contra el contacto de vidrio a metal causado por los cambios de temperatura y el movimiento del edificio, se pueden acumular tensiones que eventualmente conducen a la rotura

El movimiento del sistema de construcción o estructura debido al viento o las condiciones ambientales también puede contribuir al contacto de vidrio a metal.

Un panel de vidrio mal diseñado que es demasiado grande o delgado para su ubicación puede dañarse por el viento o el clima.

La revisión cuidadosa del diseño, la ingeniería adecuada y la instalación profesional pueden evitar la rotura espontánea relacionada con el marco.

Rotura de estrés térmico

Con un mayor énfasis en la luz natural y el diseño solar pasivo, la rotura de vidrio relacionada con el estrés térmico debería ser una preocupación.

Cuando el centro de un panel de vidrio se calienta más que su borde, la expansión del centro de vidrio calentado puede crear tensión de tensión alrededor del borde.

Si la tensión térmica excede la resistencia del borde, el vidrio puede romperse.

Las grandes unidades de vidrio aislante (IGU), particularmente en combinación con recubrimientos de control solar, requieren análisis térmico para evitar roturas relacionadas con el estrés.

El modelado térmico y los ajustes de diseño se pueden realizar durante la fase de diseño para reducir la rotura espontánea relacionada con el estrés térmico.

DESCANSO DE INCLUSIÓN

Es relativamente raro, pero durante el proceso de templado, los contaminantes de níquel en el vidrio flotado pueden causar la formación de cálculos de sulfuro de níquel.

Con el tiempo, cuando el vidrio templado instalado se expone a los cambios naturales de temperatura, la pequeña piedra puede expandirse y hacer que el vidrio se rompa.

Los cálculos de sulfuro de níquel pueden estar presentes en el vidrio recocido y reforzado con calor, pero no están sujetos a la rotura espontánea porque el ciclo de enfriamiento más lento detiene el cambio de fase de los cálculos o los atrapa antes de que puedan expandirse volumétricamente.

No hay tecnología conocida para eliminar las piedras de sulfuro de níquel y pueden ser tan pequeñas, de 0.003 a 0.015 pulgadas de diámetro, que tampoco hay forma de inspeccionar visualmente su presencia en vidrio flotado.

inclusión microscópica de sulfuro de níquel
inclusión microscópica de sulfuro de níquel

Las pautas de ASTM permiten imperfecciones, incluidas las piedras de sulfuro de níquel, de entre 0.020 y 0.1 de pulgada, pero esto es mucho más grande que el tamaño de piedra típico. Consulte la especificación estándar ASTM C1036 para vidrio plano para obtener todos los detalles.

Algunos fabricantes toman precauciones para la presencia de piedra de sulfuro de níquel.

PPG y otros fabricantes de vidrio de América del Norte no usan níquel en ninguna formulación primaria de lotes, prohíben la operación de metales con contenido de níquel y emplean separadores magnéticos.

PPG también recomienda vidrio reforzado con calor cuando se necesita vidrio tratado con calor, excepto donde los códigos exigen un acristalamiento de seguridad.

El consultor de la industria Bill Coddington, citado en un artículo de Glass.com de 2008, declaró: “Las plantas de vidrio primarias en los Estados Unidos hacen un excelente trabajo seleccionando las materias primas y el equipo de producción utilizados para minimizar las posibilidades de que se pueda introducir níquel en el flotador lote de vidrio ".

Rotura espontánea

Rotura espontánea

Desde arriba: dos ejemplos de daños en el borde del vidrio (imagen superior cortesía de Bruening Glass Works); rotura de vidrio templado: tenga en cuenta que el vidrio permanece dentro del marco; posible ruptura de inclusión identificada por el patrón de ruptura "ala de mariposa" en el centro

Rotura espontánea

Rotura espontánea

EN CALOR

El remojo de calor a menudo se usa en aplicaciones de alta demanda, como paredes con puntos de apoyo, o cuando la reducción de la probabilidad de rotura espontánea es una prioridad.

Los ejemplos incluyen barandas, puertas, vidrio templado pesado y unidades de vidrio aislante.

Durante la inmersión en calor, un lote de muestra o un lote completo de paneles de vidrio templado se expone a temperaturas de 288 a 316 grados C (550 a 660 grados F) durante hasta cuatro horas para analizar y mitigar las inclusiones.

El proceso provoca que cualquier inclusión cambie la fase y rompa el vidrio antes de enviarlo.

La industria no está de acuerdo con el enfoque de "remover el calor ahora" más tarde. El proceso reduce la probabilidad de rotura relacionada con la inclusión, pero no puede prevenir o garantizar que otras inclusiones no cambien y estimulen la rotura en el futuro.

De hecho, el proceso puede hacer que las inclusiones pequeñas y estables comiencen a cambiar de fase durante la inmersión en calor y potencialmente completen la transformación después de instalar el vidrio.

El empapado por calor también puede afectar negativamente la compresión de la superficie y las propiedades de resistencia inherentes, y el proceso agregado, y su manejo asociado, puede crear más posibilidades de daños en los bordes, arañazos o cambios en las propiedades del revestimiento de la superficie.

La inmersión en calor después de la fabricación puede destruir algunos paneles de vidrio defectuosos, pero es un proceso costoso y lento que no eliminará todas las inclusiones de sulfuro de níquel.

JE Berkowitz ofrece remojo térmico para reducir la incidencia de rotura espontánea debido a inclusiones de sulfuro de níquel y daños a la fabricación en vidrio templado, cumpliendo con la norma internacional EN 14179-1: 2005 (HST).

El estándar, oficialmente Glass in Building: vidrio de seguridad de silicato de cal y soda templado térmicamente empapado en calor, define el sistema de proceso de remojo por calor junto con las tolerancias de planitud, bordes, fragmentación y características físicas y mecánicas de la seguridad de silicato de cal de soda endurecida térmicamente monolítica vidrio para uso en edificios.

En el proceso de remojo térmico JE Berkowitz, el vidrio totalmente templado se apila en un horno especialmente construido y certificado, se calienta a 550 grados F y se enfría gradualmente.

El proceso total dura aproximadamente seis horas: dos horas para aumentar la temperatura, aproximadamente dos o cuatro horas de tiempo de permanencia, y otras dos horas para reducir la temperatura.

Las tazas térmicas se colocan en el vidrio para controlar las temperaturas. Sin embargo, el proceso solo reduce la probabilidad de rotura de un estándar de ocho lites en 1,000 a cinco lites en 1,000.

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