Los métodos de cálculo para el diseño de elementos mecánicos han evolucionado significativamente en las últimas décadas. Fue en el siglo XIX cuando la Mecánica de Continuos (MC) comenzó a desarrollarse, y un siglo después, surgió la teorización del Método de Elementos Finitos (MEF). El Método de Elementos Finitos (MEF) es una técnica numérica utilizada para resolver problemas de ingeniería y física que involucran estructuras complejas. La teorización del Método de Elementos Finitos implica definir los fundamentos matemáticos en los que se basa este método. Esta teorización, junto con la mejora continua de los métodos de solución numérica y la mejora continua en la potencia de procesamiento (Ley de Moore), ha marcado un punto de inflexión en los métodos modernos de diseño mecánico.

Anteriormente, los cálculos estructurales siempre se realizaban a mano utilizando tablas (modelos gráficos) y fórmulas de vigas de resistencia de materiales. Con los medios modernos y el uso de software de análisis de elementos finitos dedicados, ahora es posible realizar cálculos en geometrías complejas y predecir el comportamiento mecánico de manera local y precisa. ¡Imagina cómo podría ser una estructura similar a la Torre Eiffel hoy con recursos modernos! Con modelos de cálculo más precisos, es posible, por ejemplo, refinar el comportamiento del vidrio en zonas de apoyo, zonas de contacto, zonas de perforación y determinar con precisión los niveles de tensión en el vidrio y los elementos de fijación. Cuando se dominan bien estas nuevas técnicas, son muy interesantes, ya que reducen el número de suposiciones y, en última instancia, limitan el sobredimensionamiento de las estructuras y los espesores del vidrio.

En general, los métodos de cálculo para dimensionar paneles de vidrio se realizan utilizando software que emplea modelos matemáticos avanzados. Es posible predecir los movimientos de los paneles de vidrio en las fachadas y calcular sus tensiones mecánicas. Estos cálculos permiten la optimización de las estructuras y los paneles de vidrio para proyectos de alta calidad.

El método comúnmente utilizado para dimensionar y predecir la resistencia del vidrio soportado en uno o dos lados es emplear un modelo de flexión mecánica.

En el siguiente ejemplo, estudiaremos las tensiones por flexión en el vidrio de un VEG (Vidrio Exterior Grapado) para una configuración muy específica. Por ejemplo: un panel de vidrio se mantiene en su lugar mediante solo 3 puntos de fijación y está sometido a una presión de viento de 1000 Pa. El modelo se dibuja en CAD, seguido del mallado y la aplicación de puntos de fijación para sostener el vidrio en su lugar (condiciones de contorno).

Los resultados de la deformación del vidrio muestran inicialmente que están limitados a 15 mm. Además, las tensiones de flexión (fuera de la zona de soporte) son inferiores a las tensiones admisibles para el vidrio (incluyendo factores de seguridad de carga y material). La verificación se realiza de acuerdo con los criterios delineados en el documento 3574_v2 del CSTB.

Los resultados de la deformación del vidrio muestran inicialmente que están limitados a 15 mm. Además, las tensiones de flexión (fuera de la zona de soporte) son inferiores a las tensiones admisibles para el vidrio (incluyendo factores de seguridad de carga y material). La verificación se realiza de acuerdo con los criterios delineados en el documento 3574_v2 del CSTB.

Las dimensiones del vidrio (altura, ancho, grosor), excluyendo las zonas de perforación, son adecuadas para el proyecto. Sin embargo, se puede observar que aparecen tensiones localizadas en las ubicaciones de perforación. Por lo tanto, se debe realizar un análisis más detallado para evaluar las tensiones en estas áreas.

Para analizar las tensiones en las zonas de perforación del vidrio, se realiza una modelización más detallada del vidrio y las piezas de contacto. Los materiales, la geometría de las piezas y los contactos se definen en un modelo de simulación numérica preciso para evaluar con precisión las tensiones en el vidrio.

Las dimensiones del vidrio (altura, ancho, grosor), excluyendo las zonas de perforación, son adecuadas para el proyecto. Sin embargo, se puede observar que aparecen tensiones localizadas en las ubicaciones de perforación. Por lo tanto, se debe realizar un análisis más detallado para evaluar las tensiones en estas áreas.

Para analizar las tensiones en las zonas de perforación del vidrio, se realiza una modelización más detallada del vidrio y las piezas de contacto. Los materiales, la geometría de las piezas y los contactos se definen en un modelo de simulación numérica preciso para evaluar con precisión las tensiones en el vidrio.

En algunos casos, se realizan pruebas de radio de curvatura en los paneles de vidrio para garantizar los límites de deformación del vidrio en los puntos de sujeción. Estas pruebas ayudan a verificar las tensiones locales máximas permitidas en los puntos de sujeción. La figura siguiente ilustra la realización de pruebas de radio de curvatura y una comparación de los resultados obtenidos a través de cálculos.

En algunos casos, se realizan pruebas de radio de curvatura en los paneles de vidrio para garantizar los límites de deformación del vidrio en los puntos de sujeción. Estas pruebas ayudan a verificar las tensiones locales máximas permitidas en los puntos de sujeción. La figura siguiente ilustra la realización de pruebas de radio de curvatura y una comparación de los resultados obtenidos a través de cálculos.

Además de permitir la reducción de los espesores del vidrio, la visualización de tensiones ayuda a diseñar accesorios y soportes adecuados para diversos proyectos (barandillas de vidrio, vidrio estructural, revestimientos, fijaciones puntuales, etc.).

Además de permitir la reducción de los espesores del vidrio, la visualización de tensiones ayuda a diseñar accesorios y soportes adecuados para diversos proyectos (barandillas de vidrio, vidrio estructural, revestimientos, fijaciones puntuales, etc.).