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Construcciones I
VIDRIOS Y CRISTALES
1 - Definición
- Una definición simplificada de los vidrios sería decir que es un material homogéneo, transparente y traslucido, fabricada por fusión de una la de uno o mas óxidos de sílice con un fundente y un estabilizador, para formar una maza que al enfriarse adquiere una constitución rígida Sin cristalización.
- Se puede agregar a la anterior para completarla, sería definirlo también como una sustancia dura, amorfa y quebradiza.
- Es un material duro, frágil y transparente que ordinariamente se obtiene por fusión a unos 1.500 ºC de arena de sílice (SiO2), carbonato sódico (Na 2 CO3) y caliza (CaCO3).
- Sustancia dura, amorfa, quebradiza, generalmente transparente o traslúcida, fabricada por fusión de una mezcla de uno o más óxidos de sílice con un fundente y un estabilizador, para formar una maza que al enfriarse adquiere una constitución rígida sin cristalización.
El vidrio, como todo material y elemento participativo en el desarrollo de la edificación ha sufrido altibajos en dicho proceso, pero siempre y de alguna forma desde su aparición ha estado presente como un elemento insustituible y sin alternativas posibles dentro de sus aplicaciones. Las exigencias de una mayor comodidad y seguridad que día a día reclama el sector de la edificación, obligo a las industrias vidrieras a mejorar y ampliar sus productos haciéndolos más plurales y competitivos. Por ello, es evidente la progresión en los avances tecnológicos desde los llamados vidrios naturales, es decir, producidos por rocas fundidas cuyo enfriamiento y solidificación da lugar a un conjunto de minerales cristalinos, hasta el vidrio como hoy se entiende. Es un material que se conoce desde tiempos antiguos, se encontraron evidencias que se lograron fabricar vidrios planos, los cuales en realidad se popularizaron luego de la revolución industrial permitiendo el uso que actualmente les damos.
2 - Historia
Su primer uso, se remonta a tiempos muy antiguos , era para objetos de bisutería. Añadiéndole diversos minerales durante el fundido se obtenían cuentas de diferentes colores.
En la Antigua Roma se inventó el soplado, técnica que permitió la elaboración de recipientes e, incluso, de láminas para ventanas. Sin embargo, la técnica era tan primitiva que las láminas de buena calidad sólo podían ser de pequeño tamaño.
En la Edad Media fue ampliamente usado para las vidrieras de las catedrales góticas.
La industria del vidrio experimentó un cambio espectacular a partir del primer cuarto del siglo XIX, gracias al abaratamiento de la producción de la sosa comercial. Este
abaratamiento se debió originalmente al método ideado por el químico francés Nicolás Leblanc a finales del siglo XVIII. Desde entonces empezaron a fabricarse vidrios de gran calidad para instrumentos ópticos.
También pudo popularizarse su uso, de modo que proliferaron objetos de uso corriente como botellas, vasos, espejos, arañas y otros utensilios, con la consiguiente mejoría en la calidad de vida.
En la actualidad se emplea también en telecomunicaciones (fibra óptica) y como material para utensilios de laboratorio, por ser muy poco reactivo.
3 - Composición:
Su fabricación está basada en las propiedades del cuarzo, su transparencia, inalterabilidad y resistencia a las temperaturas elevadas. Combinado con la potasa forma un silicato de potasa, y con sosa un silicato de sosa ambos esenciales en la fabricación de los vidrios.
**1) con el silicato de potasio y óxido de plomo se obtiene el cristal.
- con el silicato de sosa y cal en vidrio común.
- con el silicato de potasio y cal se obtienen vidrios para los caso en que deben sufrir recalentamientos**.
La dureza y el brillo aumentan con la cal, y disminuyen con el óxido de plomo.
Para su fabricación son imprescindibles cuatro pasos:
preparación de la mezcla, se trituran los ingredientes para facilitar la fusión inmediata.
fusión, que se efectúa en hornos intermitentes o de crisoles continuos o de cubeta, variando la temperatura entre los 1.000º y los 1.400º C.
extracción de impurezas, obtenida la fusión se aumenta en 100º C. más la temperatura para obtener la fluidez conveniente para batir la maza y desprender las burbujas gaseosas, y se espuman las impurezas con los sulfatos de sodio y calcio llamados hiel de vidrio.
elaboración, para la elaboración se baja la temperatura a 800ºC. entonces adquiere la plasticidad conveniente para ser trabajado por:
a) soplado. b) estirado. c) prensado. etc.
Podemos entonces decir que: En los vidrios comerciales se conjugan principalmente en tres tipos de productos en su composición.
- vitrificante natural , cuyo moldeo es difícil y costoso, dado que su plasticidad solo se alcanza por encima de los 1.700ºC. Al vidrio de sílice puro se lo denomina vidrio de cuarzo y tiene una gran aplicación en óptica y fotografía.
Podemos decir:
El vidrio es un sólido amorfo.
La manipulación del vidrio sólo es posible mientras se encuentra fundido, caliente y maleable.
Por sus características inertes es uno de los mejores materiales para el envasado de alimentos y, aunque es un material reciclable, su tiempo de degradación es enorme.
5 - Forma de trabajar de los vidrios y productos que se obtiene :
Vidrio soplado : el soplado se hacía antiguamente por operarios expertos, hoy se disponen de máquinas especiales para éste trabajo, aunque en determinados casos aún los soplan operarios muy duchos en la tarea. La masa fluida se coloca en el extremo de un caño con el que se la sopla, cuando se quiere obtener formas establecidas e iguales, la empolla se pone dentro de un molde, incluso si debe llevar algún labrado o dibujos, éstos están en dicho molde. El vidrio plano también se obtiene cortando la ampolla, una vez enfriada, según una generatriz y se vuelve a calentar para desarrollarla y aplanarla sobre una plancha metálica de superficie muy pulida, también en éste caso cuando el vidrio deba tener relieves o figuras, ésta están en las planchas en forma de negativo. Los vidrios comunes de puertas y ventanas transparentes se obtienen de ésta forma sobre planchas completamente lisas, y se denominan según su espesor en:
a) sencillo: cuando el espesor es de 1,7 a 2 mm. con un peso de 4Kg/m b) doble : de uso corriente en obra, con espesores de 2,2 a 5,5 mm, con un peso que oscila en los 7 Kg/m2.
Vidrio colado : es el que se obtiene laminando una maza de vidrio al estado pastoso, entre un cilindro y una plancha metálica pulida, dejándose enfriar lentamente, también en éstas planchas habrán de estar los dibujos grabados que se quieran incluir si no se los desea completamente lisos. Involucrando dentro de la masa un tejido fino metálico se logran vidrios armados, que también pueden ser lisos o con relieves.
Vidrio hilado : se obtiene haciendo pasar el vidrio fundido a través de unas boquillas muy finas, de 0,01 a 0,05 mm. de diámetro y se va enrollando en carreteles especiales. Si en vez de recoger los hilos de vidrios en los carreteles se exponen a la acción de aire comprimido, éste los deja en forma parecida a la lana animal, llamándose entonces lana de vidrio, que puede hacerse opaca o en colores.
El recocido : tiene por objeto evitar la desvitrificación de la masa durante el enfriamiento, como el vidrio debe irse enfriando lentamente, se recalienta en cámaras especiales que reciben el remanente del calor producido por la fusión y que se va enfriando en forma gradual.
Esmerilado : se obtiene desgastando la superficie del vidrio mediante un fuerte chorro de arena cuarzosa muy fina de aristas vivas, impulsadas por aire comprimido. También se obtiene por la acción del ácido fluorhídrico, único que ataca al vidrio, pero deben protegerse las partes que quedarán pulidas.
6 - Formas comerciales.
La industria provee los vidrios y cristales preparados en formas diversas, de acuerdo al uso a que se los destine en construcción, ya sea procurando una mayor transparencia, incoloros, traslúcidos, con la resistencia necesaria para soportar pesos, para recibir los rayos de luz y proyectarlos al interior en la forma más amplia posible, o interferir parte de las radiaciones indeseables, etc.
El tipo de vidrio que impide el paso de los rayos solares, destinado a la conservación de productos que se pueden deteriorar si son alcanzados por éstos, recibe el nombre de vidrio inactínico , es un vidrio grueso y pesado.
El que no impide el paso de los rayos ultravioletas denominado vita, se emplea en sanatorios, hospitales, solariums, escuelas, etc. se fabrica en cuatro tipos: 1 ) común, de 2 a 3 mm. de espesor.
- catedral, de 2 a 3 mm. de espesor pero algo más pesado que el anterior.
- armado, de 4 a 5,25 mm. de espesor.
- cristal, de 4 mm. bastante pesado.
Vidrio emplomado es el que comúnmente se conoce como Vítreax, y se fabrica en dos variedades:
- común, traslúcido o ingles.
- decorado, consiste en armar dibujos o diseños con partes de vidrios pegados con varillas de plomos, a diferencia de los vitrales que adornan las viejas catedrales góticas compuestos con vidrios de distintos colores, los nuevos vitrales se hacen de vidrios de coloración lisa o blanca, y luego se los pinta con los coloreas deseados, para hornearlos hasta la temperatura del rojo cereza para obtener la fusión de los colores con la masa de vidrio.
Vidrios de seguridad. Estos vidrios tienen por objeto evitar que al romperse salten en pedazos, y se fabrican de dos maneras:
- con tejido de alambre muy fino involucrado dentro de su masa, llamados vidrios armados.
- dos láminas de vidrio unidas por otra de acetato de celulosa, que al romperse los vidrios mantiene los fragmentos en su lugar.
También se fabrica un vidrio llamado irrompible , que por un templado especial patentado se hace elástico, no frágil y se rompe desmenuzándose como los granos de arena gruesa no cortantes, éste vidrio adquiere una consistencia casi ocho veces mayor que la del cristal común, su uso se ha generalizado mucho en construcción.
Imágenes de algunos productos mencionados anteriormente:
Los vidrios y cristales pueden ser tallados y grabados, en el caso de ser tallados, ésta operación de hace con discos giratorios de distinta dureza, en tanto que para grabarlos se emplean abrasivos.
Dada la gran variedad de vidrios y cristales que se disponen actualmente para la construcción se plantea otro listado de vidrios que se identifican y encuentran en el mercado:
Crown-glase , vidrio blanco de primera calidad, muy rico en potasa y muy fusible, de refringencia bastante elevada, se emplea para lentes. Se fabrica soplando y haciendo girar una esfera hueca de vidrio en un disco circular plano con una protuberancia central para la caña del operario.
Vidrio plano , vidrio transparente, plano e incoloro en cierto grado, compuesto de una mezcla de sosa, sílice y cal, fabricado por un procedimiento mecánico de estirado vertical de la masa ( vidrio estirado ), o de estirado horizontal formando un cilindro ( vidrio de cilindro ). Presenta un cierto grado de distorsión de la visión. También llamado vidrio común.
Vidrio plano pulido , vidrio transparente, plano e incoloro, compuesto por una mezcla de sosa, sílice y cal, fabricado mediante laminación de la masa de vidrio fundido con rodillos, posteriormente se desbasta y pule en frío.
Luna flotada , vidrio transparente, plano e incoloro, compuesto por una mezcla de sosa, sílice y cal, muy liso, de caras rigurosamente planas y paralelas, y exento caso totalmente de distorsiones. Se fabrica por vertido de la masa de vidrio fundido en un baño de metal (estaño) fundido y enfriándolo lentamente.
Vidrio aislante , acristalamiento consistente en dos o más hojas de vidrio separadas por cámaras(s) de aire herméticamente selladas(s).
Hermético , dos láminas de vidrio paralelas con una cámara de aire estanca en medio lograda por fusión o sellado.
Luna pulida de color , vidrio al que se ha añadido durante el proceso de fabricación una mezcla de óxidos metálicos estables, para absorber parte de las radiaciones visibles, infrarrojas
y ultravioletas que inciden sobre él. El óxido de hierro da al vidrio un tono verde azulado pálido, el de cobalto y níquel, gris, el selenio, bronce. También se lo llama vidrio endotérmico.
Luna refrectante , vidrio con una de sus caras revestidas de una fina película traslúcida de óxidos metálicos estables, para reflejar parte de la luz y radiación solar que incide sobre él.
Vidrio de baja emisividad , (emisividad, capacidad relativa de una superficie para emitir calor radiante, medida sobre un cuerpo negro a la misma temperatura), vidrio que transmite las radiaciones visibles, a la par que refleja las longitudes de ondas más largas del calor radiante, se produce depositando un revestimiento de baja emisividad sobre el propio vidrio o sobre una película transparente en el interior de la cámara aislante.
Vidrio recocido , vidrio enfriado lentamente, para aliviar las tensiones internas.
Vidrio reforzado al calor , vidrio recocido que se ha templado parcialmente por el procedimiento de enfriado bruscamente. Tiene una resistencia aproximadamente igual al doble de la del vidrio recocido del mismo espesor.
Vidrio templado , luna de vidrio recocida hasta una temperatura cercana a la de fusión y enfriada bruscamente para inducir la aparición de tensiones de compresión en las superficies y cantos de la luna y de tracción en el interior. Tiene una resistencia al impacto y al choque térmico de entre tres a cinco veces la del vidrio recocido, pero no puede ser alterada una vez fabricada. Al romperse se fragmenta en pequeñísimas partículas desprovistas de ángulos cortantes, lo que disminuye el peligro.
Vidrio estratificado , dos o más lunas unidas íntimamente por interposición de láminas de butiral de polivinilo que retienen los fragmentos en caso de rotura, por seguridad y para impedir la entrada a su través.
Vidrio estratificado de seguridad , vidrio estratificado de excepcional resistencia mecánica a las tensiones y al impacto, consiste en múltiples hojas adheridas a las láminas de butiral interpuestas entre ellas por tratamiento térmico y de presión. Tipos según grados de seguridad, Simple, Fuerte, Antimotín, y Antibala en sus diversos grados. Se lo llama comúnmente Vidrio de seguridad.
Vidrio antisonoro , vidrio estratificado o vidrio aislante usado para aislamientos acústicos.
Vidrio armado , vidrio que lleva incorporado a su masa una malla metálica soldada de retícula cuadrada. En caso de rotura, los trozos quedan unidos a la malla, se consideran también como vidrios de seguridad.
Vidrio impreso , vidrio traslúcido, una de cuyas caras o ambas, lleva un dibujo impreso por uno o dos rodillos en el proceso de laminación. También se lo llama vidrio estampado.
Vidrio traslúcido , vidrio cuya una de sus caras o ambas, ha recibido un tratamiento de grabado al ácido, o de grabado al chorro de arena, para difuminar la visión a su través.
Vidrio de revestimiento estructural , vidrio opaco para ocultar los elementos estructurales en un muro cortina, Se fabrica vitrificando por fusión una frita cerámica en la superficie interna de un vidrio templado o resistente al calor. Se llama también vidrio de antepecho.
7 - Usos y Aplicaciones de los Vidrios y Cristales
En la actualidad, tiene multiples aplicaciones, dada las variadas tipologiíllas de productos que se encuentran en el mercado, cada día con más prestaciones en los diferentes componentes de los edificios, cumpliendo con diversos roles en cuanto a la función que se requieren en los cerramientos.
En arquitectura se emplea vidrio laminado sin pulir, a menudo con superficies figurativas producidas por dibujos grabados en los rodillos. El vidrio de rejilla, que se fabrica introduciendo tela metálica en el vidrio fundido antes de pasar por los rodillos, no se astilla al recibir un golpe. El vidrio de seguridad, como el utilizado en los parabrisas de los automóviles o en las gafas de seguridad, se obtiene tras la colocación de una lámina de plástico transparente (polivinilbutiral) entre dos láminas finas de vidrio de placa. El plástico se adhiere al vidrio y mantiene fijas las esquirlas incluso después de un fuerte impacto.
También en botellas, tarros y otros recipientes de vidrio se fabrican mediante un proceso automático que combina el prensado (para formar el extremo abierto) y el soplado (para formar el cuerpo hueco del recipiente). En una máquina típica para soplar botellas, se deja caer vidrio fundido en un molde estrecho invertido y se presiona con un chorro de aire hacia el extremo inferior del molde, que corresponde al cuello de la botella terminada. Después, un desviador desciende sobre la parte superior del molde, y un chorro de aire que viene desde abajo y pasa por el cuello da la primera forma a la botella. Esta botella a medio formar se sujeta por el cuello, se invierte y se pasa a un segundo molde de acabado, en la que otro chorro de aire le da sus dimensiones finales. En otro tipo de máquina que se utiliza para recipientes de boca ancha, se prensa el vidrio en un molde con un pistón antes de soplarlo en un molde de acabado. Los tarros de poco fondo, como los empleados para cosméticos, son prensados sin más.
En campo de la óptica, la mayoría de las lentes que se utilizan en gafas (anteojos), microscopios, telescopios, cámaras y otros instrumentos ópticos se fabrican con vidrio óptico ( Véase Óptica). Éste se diferencia de los demás vidrios por su forma de desviar (refractar) la luz. La fabricación de vidrio óptico es un proceso delicado y exigente. Las materias primas deben tener una gran pureza, y hay que tener mucho cuidado para que no se introduzcan imperfecciones en el proceso de fabricación. Pequeñas burbujas de aire o inclusiones de materia no vitrificada pueden provocar distorsiones en la superficie de la lente. Las llamadas cuerdas, estrías causadas por la falta de homogeneidad química del vidrio, también pueden causar distorsiones importantes, y las tensiones en el vidrio debidas a un recocido imperfecto afectan también a las cualidades ópticas.
En la antigüedad, el vidrio óptico se fundía en crisoles durante periodos prolongados, removiéndolo constantemente con una varilla refractaria. Después de un largo recocido, se partía en varios fragmentos; los mejores volvían a ser triturados, recalentados y prensados con la forma deseada. En los últimos años se ha adoptado un método para la fabricación continua de vidrio en tanques revestidos de platino, con agitadores en las cámaras cilíndricas de los extremos (llamadas homogeneizadores). Este proceso produce cantidades mayores de vidrio óptico, con menor coste y mayor calidad que el método anterior. Para las lentes sencillas se usa cada vez más el plástico en lugar del vidrio. Aunque no es tan duradero ni resistente al rayado como el vidrio, es fuerte y ligero y puede absorber tintes.
Entre los vidrios actuales de gran aplicación, tenemos el vidrio fotosensible, los iones de oro o plata del material responden a la acción de la luz, de forma similar a lo que ocurre en una película fotográfica. Este vidrio se utiliza en procesos de impresión y reproducción, y su tratamiento térmico tras la exposición a la luz produce cambios permanentes.
El vidrio fotocromático se oscurece al ser expuesto a la luz tras lo cual recupera su claridad original. Este comportamiento se debe a la acción de la luz sobre cristales diminutos de cloruro de plata o bromuro de plata distribuidos por todo el vidrio. Es muy utilizado en lentes de gafas o anteojos y en electrónica.
Dada la producción de fibras de vidrio - que pueden tejerse como las fibras textiles— estirando vidrio fundido hasta diámetros inferiores a una centésima de milímetro. Se pueden producir tanto hilos multifilamento largos y continuos como fibras cortas de 25 o 30 centímetros de largo.
Una vez tejida para formar telas, la fibra de vidrio resulta ser un excelente material para cortinas y tapicería debido a su estabilidad química, solidez y resistencia al fuego y al agua. Los tejidos de fibra de vidrio, sola o en combinación con resinas, constituyen un aislamiento eléctrico excelente. Impregnando fibras de vidrio con plásticos se forma un tipo compuesto que combina la solidez y estabilidad química del vidrio con la resistencia al impacto del plástico. Otras fibras de vidrio muy útiles son las empleadas para transmitir señales ópticas en comunicaciones informáticas y telefónicas mediante la nueva tecnología de la fibra óptica, en rápido crecimiento.
Imágenes de usos y aplicaciones de los vidrios y cristales que se observan en la diferentes partes de los edificios actuales:
En los vidrios que contienen determinados metales se produce una cristalización localizada al ser expuestos a radiación ultravioleta. Si se calientan a temperaturas elevadas, estos vidrios se convierten en vitrocerámica, que tiene una resistencia mecánica y unas propiedades de
recursos naturales. En algunas ciudades del mundo se han implementado programas de reciclaje de vidrio, en ellas pueden encontrarse contenedores especiales para vidrio en lugares públicos.
En ciertos casos el vidrio es reutilizado, antes que reciclado. No se funde, sino que se vuelve a utilizar únicamente lavándolo (en el caso de los recipientes). En acristalamientos, también se puede aprovechar el vidrio cortándolo nuevamente (siempre que se necesite una unidad más pequeña).
BIBLIOGRAFÍA
PASMAN, M. F. (1978). Materiales de Construcción.
EL VIDRIO. Autor: José María Fernández Navarro. Año 2003 (3ª edición, revisada y actualizada).
Materias Primas para la Industria del Vidrio. Autor: Jesús Ma. Rincón Grupo/Lab. de Materiales Vítreos y Cerámicos- Instituto E. Torroja de Ciencias de la Construcción
Artículos varios de la Asociación Nacional de Fabricantes de Envases de Vidrio – Madrid – España
El Mundo Mágico del Vidrio - Autor: Tessy López / Ana Martínez - Fondo de Cultura Económica - Carretera Picacho-Ajusco 227; 14200 México, D.F.
ENCICLOPEDIA MICROSOFT WIKIPEDIA. Microsoft.
Encargado de la recopilación y actualización: Arq. V. Pereyra
