Gebruik van gelaagd glas in structurele toepassingen 2009/03.09

De afgelopen twintig jaar werden er in gans Europa diverse onderzoeksprojecten gevoerd om te komen tot een beter begrip en een betere beschrijving van de mechanische eigenschappen van tussenlagen enerzijds en van de prestaties van gelaagd glas anderzijds. In België was het dankzij een WTCB-onderzoek en verschillende projecten aan de Universiteit Gent onder andere mogelijk een stand van zaken op te stellen omtrent deze technologie en haar toepassingspotentieel voor de bouw.
Gelaagd glas is opgebouwd uit meerdere glas­lagen die onderling verbonden worden met één of meer tussenlagen. Dit glastype wordt al geruime tijd gebruikt voor verschillende soorten veiligheidsbeglazingen. De aanwending van gelaagd glas in structurele toepassingen blijft voorlopig eerder zeldzaam omwille van de volgende twee hoofdredenen : het breekbare karakter van dit materiaal (glas verontrust de ontwerpers) en het gebrek aan een normatief kader met betrekking tot de dimensionering ervan.

Mechanisch gedrag van gelaagd glas

Het mechanische gedrag van gelaagd glas, d.w.z. de manier waarop het reageert op een bepaalde belasting, is niet alleen rechtstreeks afhankelijk van de mechanische eigenschappen van het glas en de tussenlaag, maar wordt bovendien in sterke mate bepaald door de wisselwerking tussen voornoemde materialen.

Voor veiligheidsglas is het de schokbestendigheid die de doorslaggevende factor vormt bij de keuze van de glasopbouw. Voor structurele toepassingen, zoals balken en vloerelementen, moeten de fabrikanten en de ontwerpers dan weer vooral het gedrag onder statische belasting en de stabiliteit in geval van accidentele breuk van één of meerdere glaslagen kunnen waarborgen.

Het gedrag bij buiging van gelaagd glas situeert zich steeds tussen twee grenswaarden. De ondergrens stemt overeen met een composietwerking waarbij er geen enkele krachtsoverdracht optreedt tussen de tussenlaag en de glaslagen, die overigens vrij ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. De bovengrens is op zijn beurt representatief voor het monolithische gedrag van het composietmateriaal, waarbij de verschillende glaslagen perfect met elkaar verbonden zijn. Het reële gedrag van een element uit gelaagd glas is enerzijds afhankelijk van de eigenschappen van de tussenlaag (die erg gevoelig zijn voor de temperatuur en de belastingsduur) en anderzijds van de belastingswijze en de opleggingsvoorwaarden.

Om deze aspecten te kunnen bestuderen, wer­den er twee types proeven uitgevoerd : afschuifproeven op plaatjes gelaagd glas en vierpuntsbuigproeven.

Afschuifproeven

Uit de afschuifproeven op plaatjes gelaagd glas kwam duidelijk naar voren dat deze methodiek zeer gevoelig is voor parameters zoals de belastingssnelheid, de dikte van de tussenlaag, de diameter van de plaatjes, … Gelet op hun snelle en goedkope uitvoering, kunnen deze proeven echter interessante perspectieven openen als controlemiddel voor de gekende materiaalkarakteristieken en voor de vergelijking ervan met (vast te leggen) referentiewaarden of andere materialen van eenzelfde categorie.

Gedrag bij buiging

Buigproef op gelaagd glas.
Buigproef op gelaagd glas.
Dankzij de uitvoering van vierpuntsbuigproeven, die representatiever zijn voor de reële belastingsvoorwaarden voor gelaagd glas, was het mogelijk een beter inzicht te krijgen in de wisselwerking tussen de verschillende onderdelen van dit composietmateriaal. Een eerste parameter die het gedrag bij buiging van gelaagd glas kan beïnvloeden, is het visco-elastische karakter van de tussenlaag. Bij tussenlagen uit PVB of hars is immers gebleken dat de doorbuiging bij een constante belasting progressief toeneemt. Een andere cruciale factor voor het glasgedrag in de tijd, is de temperatuur waaraan het blootgesteld wordt. Zo stelt men bij hoge temperaturen een versnelling van de doorbuiging vast, terwijl deze evolutie bij lage temperaturen bijna tot nul herleid wordt.

We willen er eveneens op wijzen dat glas uiterst gevoelig is voor puntbelastingen en dat de belastingsduur een grote invloed kan uitoefenen op de intrinsieke materiaalkarakteristieken (bv. vermindering van de buigsterkte).

Veroudering

De evolutie van de materiaalkarakteristieken in de tijd is zeer belangrijk voor de modellering en voor het gebruik ervan in reële toepassingen. Om een beter beeld te krijgen van het verouderingsgedrag van gelaagd glas, werden er in het kader van dit onderzoek twee types verouderingsproeven uitgevoerd : een blootstelling aan UV-straling enerzijds en een veroudering onder vochtige omstandigheden anderzijds.

De vierpuntsbuigproeven op verouderde proefstukken lijken aan te tonen dat de veroudering - althans voor de twee beproefde types tussenlagen - geen wezenlijke invloed heeft op de weerstand van het composietmateriaal.

Perspectieven

De resultaten van dit onderzoek worden op dit ogenblik gebundeld in een tweeledige Technische Voorlichting inzake bijzondere glaswerken. In het eerste luik ervan wordt de aandacht toegespitst op structurele glastoepassingen zoals glazen vloerelementen, traptreden of patrijspoorten.


G. Zarmati, ir., onderzoeker, laboratorium 'Structuren', WTCB
B. Parmentier, ir., afdelingshoofd, afdeling 'Structuren', WTCB


Nuttige informatie
Dit onderzoek werd uitgevoerd met de financiële steun van de FOD Economie.