La nueva CEN/TS 19100: Diseño de estructuras de vidrio

Oct 21, 2023

Fecha: 9 junio 2023

Autores:Markus Feldmann, Maximilian Laurs, Jan Belis, Nebosja Buljan, Annie Criaud, Eric Dupont, Martina Eliasova, Laura Galuppi, Paavo Hassinen, Ruth Kasper, Christian Louter, Giampiero Manara, Anne Minne, Tim Morgan, Gabriele Pisano, Mauro Overend, Gianni Royer -Carfagni, Jens Schneider, Gregor Schwind, Christian Schuler, Geralt Siebert y Anna Sikynova

Fuente: Estructuras e ingeniería de vidrio | https://doi.org/10.1007/s40940-023-00219-y

Desde principios de 2021, CEN/TS 19100 Diseño de estructuras de vidrio está disponible en sus tres primeras partes. La cuarta parte se espera pronto. Esta especificación técnica de la organización europea de normalización CEN es una norma previa de un futuro Eurocódigo correspondiente. Estos documentos constituyen el primer código de diseño integral para todo el campo de la ingeniería de vidrio estructural en el mercado europeo por primera vez. Además de un esquema claro, la Especificación técnica se ha redactado para que sea compatible con EN 1990 "Bases de diseño" y para abordar cuestiones de diseño específicas del vidrio, particularmente relacionadas con la robustez y la redundancia. Aunque la norma todavía tiene el estatus de CEN/TS, lo que permite a las naciones europeas la opción de introducirla, ya sea en su totalidad o en partes, ya contiene aperturas nacionales a través de las cuales los países europeos pueden adaptar los resultados del diseño a sus necesidades. propio nivel de seguridad por Parámetros Nacionales Determinados (NDP). Tal enfoque ya anticipa el futuro Eurocódigo, que se espera que se publique como EN 19100—Diseño de estructuras de vidrio. Este artículo proporciona algo de contexto sobre la historia y el concepto detrás de los nuevos documentos y brinda una descripción general de las reglas de diseño y los antecedentes técnicos correspondientes de las diferentes partes de CEN/TS 19100.

El vidrio juega un papel cada vez mayor en los edificios modernos, ya sea en aplicaciones que permiten que la luz del día inunde los espacios interiores, o en el diseño exterior estético o en las fachadas sostenibles, como se indica en la Fig. 1. Las instituciones europeas reconocieron el amplio uso de materiales de acristalamiento. hace algún tiempo (Feldmann et al. 2014). Las normas relativas a los productos de vidrio incluyen la normalización de los productos de construcción. Por otro lado, existen normas que cubren el diseño de estructuras de vidrio. Deben presentar los últimos avances técnicos para una realización sin problemas y buscar promover niveles de seguridad consistentes. Tales estándares también armonizan los métodos de diseño y el nivel de seguridad permitiendo el uso de métodos numéricos avanzados.

Históricamente, ha habido una multitud de diferentes regulaciones nacionales relacionadas con el vidrio en la construcción, Fig. 2, algunas de las cuales son contradictorias, incompletas, obsoletas o no corresponden a la base europea de diseño de EN 1990 (2010). Esta situación a menudo ha resultado en diseños de vidrio estructural que solo se pueden realizar con aprobaciones especiales, lo que hace que el proceso de diseño sea ineficiente y que la construcción de estructuras de vidrio especialmente grandes sea comparativamente riesgosa. Tal situación ha obstaculizado el progreso técnico, el desarrollo económico del sector y el libre comercio de servicios e indirectamente de bienes.

La existencia de tal multitud de enfoques diferentes dentro del mercado alentó un enfoque más paneuropeo en el diseño de vidrio estructural, similar al que ha existido para otros materiales de construcción desde la década de 1990. Con las discusiones iniciales y las medidas preparatorias a partir de 2006, la Comisión Europea emitió en 2012 el mandato específico M/515 (2012) para una nueva generación de Eurocódigos, incluida la creación de un nuevo Eurocódigo para el diseño de estructuras de vidrio.

El proyecto se dividió en tres fases. En la primera fase (Tarea I), se preparó un informe científico y político (SaP-) del JRC "Orientación para el diseño estructural europeo de componentes de vidrio" (Feldmann et al. 2014) que brinda una descripción general del estado del arte en el diseño de vidrio. con el fin de identificar los puntos técnicos necesarios del futuro estándar y proponer la estructura más adecuada para dicho documento, Fig. 3. Este trabajo se completó cuando el informe fue publicado en 2014 por el Centro Común de Investigación de la Comisión Europea (JRC , Ispra). Posteriormente, el Grupo de trabajo 3 (WG3) de CEN/TC250 recibió el estatus de subcomité (CEN/TC250/SC11), que era necesario para permitir que dicho comité tomara sus propias decisiones técnicas para el trabajo de normalización posterior. Paralelamente, CEN/TC250/SC11 obtuvo luz verde para producir un pre-estándar en forma de Especificación Técnica (CEN/TS) como precursor de un futuro Eurocódigo. Después de completar la segunda fase (Tarea II) con la producción de CEN/TS 19100—Diseño de estructuras de vidrio (2021) (en adelante también denominado "CEN/TS") en sus tres primeras partes, Fig. 3, un subordinado el grupo de trabajo se agregó como CEN/TC250/SC11/WG1. La tercera fase (Tarea III), en la que está trabajando actualmente el Comité, es la conversión del CEN/TS a un Eurocódigo.

El presente artículo proporciona una explicación del contenido, las reglas técnicas y los antecedentes técnicos correspondientes de las diferentes partes de CEN/TS 19100.

El diseño y estructuración del esquema y contenido de la CEN/TS buscó abordar tres puntos clave:

Estos requisitos para el diseño de productos de vidrio estructural se respetaron y se consideraron como los requisitos previos predominantes al producir el TS.

Por ejemplo, en términos de cargas, EN 1991 no especifica reglas y parámetros para determinar la presión de la cavidad interna y las combinaciones correspondientes con otras acciones para unidades de vidrio aislado. CEN/TS 19100 aborda esta omisión.

Sin embargo, debido al apretado cronograma y los recursos limitados, no se abordaron todos los aspectos de diseño relevantes dentro del CEN/TS. Por ejemplo, la flexión en frío, las curvas de pandeo y otros aspectos de diseño se incluirán en el documento en la etapa del Eurocódigo, Secc. 3.8 de este artículo. Además, hubo algunos puntos formales en términos de compatibilidad con la estructura de las EN y de los Eurocódigos según lo acordado en el nivel CEN y CEN/TC250, que han influido en el trabajo en su forma actual.

En cuanto a la estructura del CEN/TS, Fig. 4, no se pudo adoptar completamente la estructura modelo de los demás Eurocódigos. Más bien, el enfoque debía orientarse hacia los requisitos típicos de la construcción de vidrio. Por lo tanto, desde el principio quedó claro que los temas cruciales relacionados con el vidrio deberían agregarse al campo de la base de los elementos de diseño que no se consideran en EN 1990 (2010), ya que son específicos de la construcción con vidrio. Teniendo en cuenta los materiales (las propiedades del vidrio y los plásticos, la relación con los códigos de productos, etc.), los principios de diseño resultantes asociados con la extrema fragilidad del vidrio y las técnicas especiales de evaluación de la seguridad en el vidrio, se decidió en una etapa temprana para regular los dos "materiales" fundamentales y la "base de diseño" relacionada con el vidrio en una parte separada, y de hecho la primera, de la CEN/TS (2021).

Para la segunda parte (parte 2) (2021) se tomó la decisión de cubrir el diseño de estructuras de vidrio comunes, que están cargadas lateralmente, es decir, fuera del plano. Esta parte del documento también cubre el diseño de soportes de uso común (es decir, acristalamiento con soporte continuo a lo largo de sus bordes, acristalamiento con soporte puntual y acristalamiento en voladizo, restringido en un borde), así como problemas relacionados con la verificación de vidrio laminado, unidades de vidrio aislado, desviaciones y vibraciones, Secc. . 3.

Al considerar los componentes de vidrio cargados en el plano, se acordó regular dichos componentes en una tercera parte separada (parte 3) (2021) y no junto con los elementos de construcción más típicos cargados lateralmente. Se reconoció que los componentes cargados en el plano a menudo se integran en la estructura principal en términos de rendimiento y estabilidad generales. Sin embargo, la investigación sobre los estados límite correspondientes y los conceptos relacionados con la evaluación de la seguridad de dichos elementos estructurales acristalados es relativamente reciente. Con una parte separada para el diseño de componentes de vidrio cargados principalmente en el plano, se pueden acomodar los países que desean incluir el contenido de las dos primeras partes pero no el de la tercera parte de CEN/TS en su paquete nacional de reglas de diseño vinculantes. .

En contraste con el carácter ingenieril de las reglas de diseño incluidas en las tres primeras partes de la CEN/TS, existe la cuestión paralela e igualmente importante de las reglas para una selección adecuada del vidrio en relación con el riesgo de lesiones humanas. Los aspectos de la seguridad en uso (que no debe confundirse con la seguridad estructural) están regulados en Europa a través de códigos nacionales que a menudo están estrechamente vinculados al sistema legal estatal. Tales reglas son y serán difíciles de implementar a nivel de estándar de diseño europeo.

Para hacer frente a este desafío, la cuarta parte proporciona información sobre la selección de vidrio en relación con el riesgo de lesiones humanas y, por lo tanto, brinda orientación para la especificación de productos de vidrio en aplicaciones típicas. Está previsto que la cuarta parte continúe con el estatus de CEN/TS con un carácter normativamente vinculante significativamente menor, incluso cuando las otras partes se hayan convertido en un Eurocódigo y se hayan introducido en todos los países europeos.

Si bien las tres primeras partes del TS han logrado el apoyo necesario en la Votación Formal y ya han sido publicadas, CEN/TS250/SC11 pronto someterá la cuarta parte al procedimiento de Votación Formal, luego de lo cual la publicación del CEN/TS también se puede esperar.

Junto con todo este trabajo, también existe una relación entre el CEN/TS 19100 o el futuro Eurocódigo sobre el diseño de estructuras de vidrio (ambos han sido o serán preparados bajo el CEN/TC 250 orientado al diseño) y la norma europea existente EN 16612 (2019), que fue preparada por el comité CEN/TC129 orientado al producto. Al considerar la relación entre estos dos tipos de estándares, debe recordarse que (a) el objetivo era lograr la transición más suave posible de los resultados de diseño entre los códigos y (b) era necesario aclarar las áreas de aplicación de diferentes estándares. . Con respecto al primer problema, se proporciona una explicación de cómo se ha logrado esto en la Secc. 3.3. Para el segundo tema, se acordó que el CEN/TS o el futuro Eurocódigo se dedique a los casos en los que los países deciden que los componentes de vidrio se rigen por las normas de EN 1990 (2010) donde un componente debe clasificarse de acuerdo con las Clases de Consecuencia 1 , 2 o 3, mientras que EN 16612 (2019) generalmente cubrirá las clases más bajas, Fig. 5.

3.1 Conceptualización, estados límite y acciones

Al redactar el marco para la norma, era obvio que para la construcción de vidrio, además de las situaciones de diseño habituales en las que la estructura está intacta, también hay casos a considerar en los que la estructura se rompe o está (parcial o totalmente) rota. . Esta característica contrasta claramente con otros materiales de construcción. La consideración de diferentes situaciones de diseño está prevista en las reglas de la Secc. 3.2 de EN 1990 (2010), que se aplicó al preparar CEN/TS 19100. Al seguir esta estrategia, se hizo necesario introducir dos estados límite adicionales que reflejaran las situaciones de diseño adicionales durante y después de la rotura, a saber, el "Estado límite de fractura" ( FLS) y el "Estado Límite Post Fractura" (PFLS), respectivamente. En términos de carácter, los estados límite adicionales pertenecen claramente al género de "Estados Límite Últimos", pero se les dio sus propios nombres debido a su significado e importancia en el diseño de vidrio, Fig. 6.

Sobre la base de los diferentes enfoques históricos de los productos y el diseño de vidrio, es predecible que los mismos o similares componentes de vidrio en los mismos o similares edificios reciban un trato diferente en los distintos países europeos con respecto a sus requisitos de seguridad. Por ello, la clasificación bajo la que se debe verificar un componente de vidrio y en qué estado límite, además de la clasificación en las distintas Clases de Consecuencia (CC) según EN 1990 (2010) y la selección de los factores de seguridad, es prerrogativa de los estados nacionales a través de las formulaciones correspondientes en los Documentos Nacionales de Solicitud (NADs). La agrupación de estados límite en los llamados "Escenarios de estado límite", como definición del conjunto necesario de verificaciones, ayuda en la especificación relacionada con la seguridad de los componentes de vidrio individuales, Fig. 7.

La creación de robustez y redundancia es un tema predominante en el diseño de vidrio estructural y se refleja claramente en el CEN/TS, que va desde el detalle sobre el nivel de los componentes hasta la integración en el contexto general, Fig. 8.

Al considerar estos estados límite adicionales, se enfatiza el conocimiento de las características necesarias de robustez, que como se mencionó anteriormente juega un papel muy especial en la construcción de vidrio debido a la fragilidad del material de construcción.

Sin duda, el nivel de seguridad de los elementos de vidrio que no están integrados en el contexto estructural de la estructura superior difiere de los que están integrados en ella. Esto se debe, por supuesto, a las consecuencias de falla significativamente diferentes, Fig. 9.

La Figura 10 ofrece una descripción general de los temas técnicos de CEN/TS 19100 según sus diferentes partes explicadas, diferenciadas según el alcance, el texto principal y los anexos.

En términos de acciones, además de las disposiciones de EN 1991 (2002), CEN/TS 19100 brinda asesoramiento adicional específico del producto. Especialmente en el caso de unidades de vidrio aislante (IGU), los parámetros de entrada para determinar la presión de la cavidad interna (que en el mundo del vidrio generalmente se denominan "acciones climáticas", pero pueden confundirse con las otras "acciones climáticas" como se indica en EN 1991 (2002)). Los factores de combinación para la presión de la cavidad especificados por CEN/TS 19100-1 se pueden encontrar en la Tabla 1. El procedimiento para determinar la presión de la cavidad interna sigue la metodología que se encuentra en EN 16612 (2019). Otro procedimiento prometedor que permite considerar una gama más amplia de geometrías y configuraciones de carga está representado por el enfoque BAM (Método analítico de Betti), consulte Galuppi y Royer-Carfagni (2020a), Galuppi (2020) y Galuppi y Royer-Carfagni (2020b) . Tal enfoque puede agregarse en la versión final del Eurocódigo.

Tabla 1 Factores de combinación para presiones de cavidad de unidades de vidrio aislante (IGU) en CEN/TS 19100-1 (2021) -mesa de tamaño completo

Además, para evitar la fractura térmica del vidrio, el Anexo C de CEN/TS 19100-1 (2021) proporciona información valiosa sobre la determinación de los gradientes térmicos y las tensiones inducidas por la temperatura en los paneles de vidrio, Fig. 11.

3.2 Tipos de componentes de vidrio, tipos de vidrio y otros materiales

Como era de esperar, CEN/TS 19100 aborda la familia europea de productos de vidrio en la construcción, Fig. 12, utilizando los valores característicos de resistencia básica del material proporcionados en las normas del producto. Con respecto al vidrio básico de silicato de cal y soda, el enfoque comienza con diferentes tipos de vidrio recocido acc. EN 572 (2012) sobre vidrio reforzado con calor acc. EN 1863 (2011) para vidrio templado térmicamente acc. EN 12150 (2015) o incluso a vidrio reforzado químicamente según. EN 12337 (2000). Además de las formas estándar de sustrato de vidrio, CEN/TS 19100 también se refiere a otros productos de vidrio como borosilicato, vidrio de silicato alcalinotérreo, vidrio de aluminosilicato, etc. Sin embargo, dado que estos productos actualmente no se usan ampliamente en la construcción, solo los estándares están referenciados, sin aportar más valores.

Los productos tratados en CEN/TS 19100 son vidrio plano, ya sea como conjuntos de vidrio aislante monolítico, laminado o combinaciones de los mismos, que comprenden los tipos habituales de tratamiento de bordes. El diseño de vidrio acrílico no está cubierto.

3.3 Resistencia de diseño a la flexión

Quizás ningún tema sea de mayor interés para la comunidad de diseñadores de vidrio que la determinación de la resistencia a la flexión del vidrio de diseño resultante. Sobre la base de las resistencias de los materiales de los estándares del producto, se han creado reglas de cálculo correspondientes en el Anexo A de CEN/TS 19100-1 (2021) para las áreas de superficie (Laufs y Sedlacek 1999a; b; Veer et al. 2009; Pisano y Royer-Carfagni 2015), borde (Kleuderlein et al. 2014; Vanderbroek et al. 2012, 2014), hueco (Schneider y Wörner 2001; Schneider 2004) y zonas de esquina para varias duraciones de aplicación de carga, dimensiones, calidades de borde y grados de pretensado , Fig. 13. Dentro de este enfoque, el componente de resistencia intrínseca se separa del componente de pretensado. El procedimiento y el concepto corresponden al de EN 16612 (2019). CEN/TS 19100-1 (2021) es compatible a este respecto y puede considerarse como la extensión correspondiente.

Aunque este método de determinación de la resistencia se consideraba de vanguardia hace algunos años, en la actualidad se pueden observar nuevos desarrollos en ciertas áreas. En particular, se informa que las evaluaciones y comparaciones con las pruebas han revelado conservadurismo, lo que se debe al hecho de que la probabilidad de superficies más pobres o una orientación de rayado desfavorable no coincide (o solo en una medida reducida) con la probabilidad de resistencias intrínsecas más pobres. (Pisano et al. 2019a). Esto conduce a un factor de interferencia ki que permite una resistencia más favorable. El factor ki puede entonces introducirse en el Anexo B de CEN/TS 19100-1 (2021) a través de NAD. El cálculo de esta predicción de resistencia mejorada no es muy diferente del Anexo A. Sin embargo, hasta ahora, el nuevo modelo del Anexo B no especifica numéricamente las mejoras a través de ki, que difieren según el tipo de vidrio. De acuerdo con el CEN/TS, dichos valores deben determinarse en casos individuales o especificarse por separado en los países. Pero los valores numéricos correspondientes ya se han calculado para la futura versión del Eurocódigo. Los antecedentes se pueden encontrar en (Pisano et al. 2022) y en la Fig. 14 y la Tabla 2, según Pisano et al. (2022).

Tabla 2 Valores calibrados del factor de interferencia ki para las familias de estructuras mostradas en la Fig. 14 Caso de acción de la nieve -mesa de tamaño completo

Debe entenderse que cuando CEN/TS 19100 se refiere a una "resistencia a la flexión", esto también comprende la resistencia tanto a la flexión como a la fuerza normal (así como sus combinaciones). Esto considera el progreso que ahora también tratamos en estructuras con carga plana (ver CEN/TS 19100-3 (2021)).

Con respecto al nivel de diseño de las resistencias en comparación con el nivel característico, se han realizado diferentes investigaciones asociadas a la discusión de que CEN/TC250/SC10 es responsable de la evolución de EN 1990 (Eurocódigo). Para los casos básicos, los coeficientes de seguridad que se dan en la Tabla 3 podrían derivarse para las diferentes clases de consecuencias (CC). Allí, el coeficiente de seguridad γm = 1,8 para CC 2 que se refiere a un índice de seguridad de β = 3,8 podría confirmarse mediante varios enfoques estadísticos. Una vez con un análisis FORM (método de confiabilidad de primer orden) en el lado de la resistencia con αR (factor de sensibilidad FORM para la resistencia), que asume una distribución logarítmica normal para la resistencia (Wellershoff 2006), y una vez con una distribución de Weibull basada en un enfoque probabilístico que incluye la orientación aleatoria de los arañazos y el modelado de carga estadística utilizando la distribución de valores extremos (Ballarini et al. 2016; Pisano et al. 2019b).

Tabla 3 Coeficientes de seguridad γM y γp para diferentes clases de consecuencias -mesa de tamaño completo

3.4 Diseño de vidrio laminado

Cuando se trata de los desarrollos de las tecnologías de capa intermedia y su variedad de propiedades, la consideración del efecto de acoplamiento de corte entre capas es uno de los factores clave para reducir la masa en el diseño de vidrio, Fig. 15.

Los efectos del acoplamiento de cortante pueden expresarse en términos de tiempo y temperatura. En términos simples, CEN/TS 19100 permite tres niveles diferentes de diseño: (1) acoplamiento total o sin corte, (2) modelos analíticos para la determinación de las propiedades mecánicas efectivas de las secciones transversales en capas elásticas y (3) modelado numérico, Figura 16.

En lo que respecta a las IGU en circunstancias normales, la naturaleza de la presión de la cavidad y el acoplamiento de la carga en la cavidad requieren un cuidado especial al considerar cuál podría ser el caso más relevante, es decir, si se debe considerar el comportamiento más rígido o más blando de la capa intermedia en qué combinación de el del otro panel, es decir, si se debe tomar el valor más alto o más bajo para el módulo de corte de la capa intermedia. Por supuesto, esto requiere la disponibilidad de valores materiales fiables correspondientes en ambos lados de las distribuciones. Sin embargo, dado que se trata de una tarea muy difícil, no podemos esperar una solución sencilla desde el punto de vista de los materiales plásticos, esto llevará algún tiempo adicional incluso más allá de la introducción del Eurocódigo. También debe recordarse que el impacto de seguridad, debido a la parte de la resistencia, no es tan alto como, por ejemplo, el de la propia resistencia del vidrio.

Aunque las normas normalmente no deberían mostrar las características de un libro de texto, CEN/TC250/SC11 concluyó que en el caso de la determinación de la tensión y la deformación de los vidrios laminados, se debe proporcionar asistencia de acuerdo con los últimos resultados para el cálculo analítico. Tal enfoque proporciona una alternativa a las simulaciones laboriosas y exigentes con el modelado de elementos finitos (FEM). Esto ahora se puede encontrar en el Anexo A de la segunda parte de CEN/TS 19100 (2021).

La teoría se basa en la teoría del espesor efectivo mejorado (EET) (Galuppi et al. 2013, 2014; Galuppi y Royer-Carfagni 2014) como una mejora en comparación con el método Bennison-Wölfel (Wölfel 1987). Proporciona resultados comparables a la norma EN 16612 (2019), pero ahora incluye una gama considerablemente más amplia de aplicaciones con una gama significativamente más amplia de condiciones límite que se ofrece. En este sentido, las fórmulas de cálculo se refieren a vidrios dobles o triples laminados para diferentes tipos de condiciones de carga y almacenamiento para vigas y placas cargadas lateralmente. La Figura 17 muestra ejemplos de las fórmulas de cálculo.

3.5 Temas sobre componentes de vidrio cargados en el plano, mayor robustez, estabilidad y juntas especiales

Sin duda, la transparencia y la translucidez de una estructura aumentan cuando los componentes de vidrio se integran estáticamente en la estructura superior, por ejemplo, en vigas, paredes o paneles de corte. Una característica de estos componentes es que, además de la carga transversal, están sujetos a una tensión considerable, a menudo predominante, longitudinal, es decir, en el plano. Por este motivo, la parte 3 de CEN/TS19100 (2021) está dedicada a los elementos de vidrio cargados en el plano.

En tales circunstancias, el requisito previo de robustez y confiabilidad de tales componentes de vidrio no se puede lograr mediante la adopción de reglas simples para FLS y PFLS como se establece para los componentes subordinados con carga transversal cubiertos en CEN/TS 19100-2 (2021). Este enfoque se aplica particularmente a aquellos componentes que forman parte del sistema de carga de la estructura general. Por regla general, dichos componentes se fabrican con suficiente vidrio de seguridad laminado multicapa para lograr la suficiente robustez y, además, debe haber una ruta de carga alternativa en caso de colapso de un elemento de vidrio completo. Por lo tanto, además de CEN/TS 19100-2 (2021), en CEN/TS 19100-3 (2021) se proporciona más asesoramiento sobre los requisitos mejorados para la evaluación teórica y experimental.

Cabe señalar que, es común que las pruebas de componentes potencialmente destructivos no se puedan llevar a cabo en el propio edificio, ya que el componente restante estaría dañado y sería difícil de reemplazar. Por esta razón, tales pruebas destructivas de componentes normalmente se ejecutan en otro lugar (por ejemplo, en un laboratorio o taller) en especímenes de prueba adicionales especialmente preparados. Sin embargo, en algunos casos especiales, CEN/TS 19100-3 (2021) también permite la verificación en FLS y PFLS sin pruebas.

Aparte de la introducción de carga en los bordes de los componentes, que además de las fórmulas básicas de verificación tiene que ser resuelta de manera bastante constructiva, se dan reglas para la evaluación de la estabilidad tanto en estado intacto como roto, que es de particular importancia en el diseño y para el dimensionamiento de componentes de vidrio estructural. Por ejemplo, si los paneles de vidrio (placas de vidrio) se cargan en el plano, pueden fallar debido a una deformación fuera del plano (pandeo por flexión (Langosch y Feldmann 2016), pandeo lateral por torsión (Luible y Crisinel 2004; Kasper et al. 2007; Amadio y Bedon 2011) o pandeo de placas (Luible y Crisinel 2005)), dependiendo del grado de esbeltez, imperfecciones geométricas (Belis et al. 2011) y condiciones de borde, o fractura parcial.

La Parte 3 proporciona reglas para la imperfección equivalente que se debe usar al verificar tales componentes sujetos a carga en el plano, para los fenómenos de estabilidad que ocurren. Las imperfecciones geométricas equivalentes deben aplicarse en la ordenada más grande de la deformación del modo propio en términos de curvatura, Fig. 19. Además de los valores de imperfección del componente en sí, se deben considerar los valores de imperfección de instalación, que pueden variar del nivel de mando de ejecución.

En la futura versión del Eurocódigo, estamos esperando curvas de pandeo consistentes para estos casos, lo que para casos simples hará superflua la verificación FEM y facilitará así las verificaciones de estabilidad, Secc. 4 de este artículo.

Además, para el vidrio templado térmicamente, se proporcionan reglas para considerar la seguridad en el caso de que una capa de vidrio se rompa repentinamente, por cualquier motivo, y se induzca un efecto de impacto de aumento de tensión a corto plazo en la sección transversal intacta restante.

Pero no es solo el arte de diseñar y dimensionar los componentes en sí lo que se cubre en la norma. Parte del repertorio de un diseñador experto también debe ser diseñar adecuadamente las conexiones hacia y entre los elementos de vidrio estructural. En el caso de elementos cargados en el plano, la unión de dichos componentes compuestos de vidrio rara vez se ha abordado hasta hace poco. Esta situación ha cambiado gracias al trabajo de investigación adicional (Baitinger y Feldmann 2010; Nielsen et al. 2010; Watson et al. 2013).

Por esta razón, el diseño de "juntas especiales" se ha incluido dentro de la parte 3 de CEN/TS 19100. "Conexiones especiales" son aquellas que permiten la transferencia de fuerzas internas en el plano del vidrio de un componente de vidrio a otro. . Dichos métodos incluirían la unión con pernos en cortante, uniones adhesivas o uniones sujetas usando fricción para la transmisión de cortante, y no deben confundirse con soportes "normales", como fijaciones puntuales (Graf et al. 2004) que se tratan en CEN /TS 19100-2 (2021). En términos simples, se recomienda que dichos sistemas de unión se diseñen y verifiquen con la ayuda de FEA (Análisis de elementos finitos), pero para algunas configuraciones, CEN/TS 19100 – 3 brinda métodos analíticos de diseño que permiten una verificación rápida del diseño estructural, Fig. .18,además de recomendaciones de detalles de construcción.

3.6 Problemas de servicio

Si bien en algunos países y en algunas otras industrias es común excluir los valores límite para las deformaciones de una especificación de cálculo, dichos límites se han incluido en el CEN/TS por una buena razón. De hecho, cuando se trata de productos de vidrio, el valor límite de deformación puede ser diferente según el tipo de componente de vidrio presente. Este problema es más pronunciado para el vidrio que para otros materiales de construcción por razones de comodidad y estética, así como límites funcionales de deflexión (Fig. 19). Por ejemplo, los límites de deformación de las unidades de vidrio aislante están presentes para proteger la estanqueidad al aire de la cavidad, que es un requisito funcional, Fig. 20.

Una deflexión excesiva también puede provocar que los productos vidriados se desprendan de sus soportes, lo que a su vez es un requisito que afecta la ULS (capacidad de carga). Por este motivo, es necesaria una mordida de vidrio suficientemente grande, que está regulada en la CEN/TS. Además de estos límites específicos, Fig. 21, se proporcionan reglas simplificadas para la verificación rápida del diseño. Además, en el Anexo B de la parte 2 de CEN/TS 19100 se proporcionan reglas para el cálculo y determinación de valores límite para frecuencias de vibración permisibles (dinámica).

3.7 Parte 4 de CEN/TS 19100

La Parte 4 de CEN/TS 19100 es una característica especial que diferencia este conjunto de estándares de los problemas de diseño de ingeniería "clásicos" relacionados con el cálculo o las pruebas. Tal como se define en su alcance, la parte 4 pretende servir como guía para el desarrollo o la mejora de las reglas destinadas a ayudar en la selección del producto vidriado adecuado para la protección contra lesiones y caídas. Estas reglas pueden considerarse como especificaciones que pueden cubrir la regulación nacional, la norma nacional, las recomendaciones de una asociación profesional, los requisitos para un proyecto en particular, etc. Por lo tanto, la parte 4 también incluye una sección especial que presenta sugerencias para un posible contenido de tales especificaciones. La Parte 4 trata de la seguridad de las personas al considerar.

El consejo distingue entre acristalamiento vertical y no vertical, función, zonas críticas, tipo de elemento acristalado, tipo de vidrio y dimensiones del elemento acristalado, modo de fijación, disposición y geometría de la estructura circundante, tipo de colisión o caída, consecuencias para las lesiones. etc. La figura 2 proporciona un resumen de las normas europeas básicas que ya existen, por ejemplo, DIN 18008 (2020), FD DTU 39 P5 (2017) o NBN S23-002 (2020).

Además, la Parte 4 incluye 3 anexos. El Anexo A sugiere rangos de dimensiones geométricas y geometrías ambientales dentro de los cuales el riesgo de lesión se considera aceptable. El Anexo B trata de las recomendaciones relativas a la elección del tipo de vidrio, y el Anexo C ofrece una posible orientación para el diseño de protección (véanse los ejemplos que se dan en la Fig. 22). Todos los anexos son informativos.

La intención actual es que la Parte 4 no se convierta en un Eurocódigo en el futuro, ya que su contenido debe entenderse en el sentido de "seguridad y accesibilidad en uso": cuestiones (requisito básico 4 para obras de construcción del Reglamento de productos de construcción (RCP)). El tema de la Parte 4 no incluye "resistencia mecánica y estabilidad" (requisito básico 1 para obras de construcción del CPR), como es el caso de las otras partes del CEN/TS. Las cuestiones relacionadas con la "seguridad en el uso" son difíciles de incluir en un Eurocódigo, debido a la variedad de sistemas legales en uso dentro de las distintas naciones de Europa. Por esta razón, se decidió que este tipo de regulación debería quedar en estado de recomendaciones, es decir, una CEN/TS, tanto ahora como en el futuro.

Finalmente, debe reconocerse que la elección del tipo de vidrio suele ser uno de los primeros pasos del diseño y es una tarea que debe completarse en estrecha colaboración con el arquitecto. Por esta razón, el tema contenido en la Parte 4 del CEN/TS es particularmente importante, quizás más de lo que uno podría pensar a primera vista.

3.8 Elementos restantes para el eurocódigo

La intención siempre fue que el CEN/TS se redactara con el mismo estilo y el mismo contenido que una norma EN. Por ello, la versión del Eurocódigo será muy similar a la del CEN/TS. Sin embargo, se esperan algunas revisiones y adiciones. Se espera que tales revisiones y adiciones, ya sea que se basen en las lecciones extraídas de las aplicaciones en la fase de uso de prueba, o de los puntos que el comité CEN/TC250/SC11 ya ha identificado, incluyan:

Es probable que se incluyan otras revisiones y temas. Por supuesto, como es el caso de otras normas europeas (EN), después de la finalización del Eurocódigo, los desarrollos y mejoras adicionales que se hagan evidentes serán codificados y recogidos mediante la emisión de las enmiendas respectivas. Con este fin, el CEN/TC 250 ha proporcionado una "revisión sistemática" especial para todos los Eurocódigos. En la siguiente sección se describe un cronograma aproximado que cubre el trabajo futuro hasta que el estándar esté disponible como Eurocódigo.

Este documento proporciona algo de historia relacionada con la conceptualización de la Especificación técnica CEN/TS 19100 partes 1 a 4, y resume algunas de las reglas más importantes y los antecedentes técnicos del código. Se ha explicado la estructura y compatibilidad del nuevo CEN/TS con las demás normas del conjunto de Eurocódigos, incluida la relevancia para EN 1990 (2010), así como la relación con las normas europeas de productos. Además, el artículo muestra la necesidad de consideraciones de estado límite que incluyen, entre otros, estados intactos y cómo incluir esto en la normalización europea.

La mayoría de los temas de diseño técnico relevantes y los requisitos para la normalización en las construcciones de vidrio modernas se abordan en CEN/TS 19100. Sin embargo, algunos todavía están bajo consideración y se espera que se incorporen en el futuro Eurocódigo.

El CEN/TS 19100 está diseñado para uso de prueba en el diseño de vidrio. Los comentarios de la industria y la comunidad de diseño ayudarán a mejorar el documento durante su conversión a Eurocódigo. Para ello, se están realizando los trabajos técnicos correspondientes y se han resumido los temas que aún se encuentran en discusión en el comité CEN/TC250/SC11.

Se espera que el trabajo técnico descrito en este documento esté finalizado a fines de 2023 para que la preparación de la fase de consulta pueda comenzar según lo previsto en 2024. Luego de la incorporación de los comentarios de los países, trámites adicionales y trabajos de traducción, y después de Formal Vote, tenemos la esperanza de que el Eurocódigo se publique en 2026. En ese momento, será responsabilidad de los países europeos preparar sus Documentos Nacionales de Aplicación (NAD), para garantizar que nada se interponga en el camino de la retirada de los respectivos estándares nacionales. .

El intercambio de datos no se aplica a este artículo ya que no se generaron ni analizaron conjuntos de datos durante el estudio actual.

Los autores desean expresar su más sincero agradecimiento a la Comisión Europea y al CEN/TC 250 por su confianza en la preparación de CEN/TS 19100 dentro del mandato M/515, en particular por su apoyo financiero. Además, se agradece a las siguientes personas por sus valiosas contribuciones en los debates que condujeron a la preparación de CEN/TS (en orden alfabético): Mascha Baitinger (Contura Ingenieure, Mainz); Luigi Biolzi (Politécnico de Milán); John Colvin (Shelmersdale); Graham Dodd (ARUP, Londres); Michel Dubru (Cristal para Europa, Louvain-la-Neuve); Jo Joosten (kenniscentrum glas, Gouda); Ron Kruijs (Glasimpex Schiedam); Nils Landa (Bolseth Glass, Sandane); Peter Lenk (ARUP, Londres); Andreas Luible (Hochschule Luzern); Kent Persson (Universidad de Lund); Vlatka Rajcic (Universidad de Zagreb); Paolo Rigone (Politécnico de Milán); Daniela Schön (DIN, Berlín); Wim Stevels (Eastman Chemical Company, La Haya); Visa Panu (Lumon, Kouvola); Norbert Wruk (Pilkington, Colonia); Anke Zillmann (DIBt, Berlín).

Financiamiento de acceso abierto habilitado y organizado por Projekt DEAL.

Autor correspondiente

Correspondencia a Maximiliano Laurs.

Conflicto de intereses

En nombre de todos los autores, el autor correspondiente declara que no hay conflicto de intereses.