Buigweerstand van glas 2010/02.08

TC Glaswerken
Architecten en projectontwerpers streven steeds vaker naar transparantie, slankheid en lichtheid in hun gebouwontwerpen. Glas vormt in vele gevallen de elegante oplossing bij uitstek voor al deze behoeften. De beoordeling van de buigweerstand van glas zal zonder twijfel een belangrijk onderdeel uitmaken van een reeks nieuwe glasnormen. Doordat glas niettemin een kwetsbaar materiaal blijft waarvan de kenmerken mettertijd evolueren, was verder onderzoek noodzakelijk om de eigenschappen van glas beter te kunnen bepalen.
De mechanische buigweerstand van glas wordt hoofdzakelijk bepaald door het type warmtebehandeling dat dit materiaal onderging en de aanwezigheid van micro- en macroscheurtjes aan het glasoppervlak. Elk scheurtje wijst immers op plaatselijke spanningsconcentraties die het glas sneller kunnen doen breken. De buigtreksterkte van een glaselement (breuk door trekspanningen aan de getrokken zijde van het glas) kent bijgevolg een grote spreiding en is ongeveer tien maal kleiner dan de drukweerstand. Aangezien de weerstand van een glaselement geleidelijk daalt bij permanente belasting, dient men bij de bepaling van deze waarde steeds rekening te houden met een corrigerende kmod-coëfficiënt (*).

1. Onderzoeksprogramma

Het WTCB analyseerde 541 proefresultaten van het laboratorium 'Structuren' : 11 % hiervan betrof uitgegloeid glas, 35 % halfgehard glas en 54 % gehard glas. Bij de vervaardiging van halfgehard en gehard glas onderwerpt men uitgegloeid glas aan thermische procédés om de weerstand ervan te verhogen. Alle proeven werden uitgevoerd volgens de bepalingen uit de norm NBN EN 1288-3. Het betreft vierpuntsbuigproeven op proefstukken met een lengte van 110 cm, een breedte van 36 cm en een dikte van 1,5 tot 19 mm, die aangeleverd werden door verschillende fabrikanten.

2. Statistische analyse

Op basis van het grote aantal geteste proefstukken trachtten we de statistische verdeling te bepalen voor de breuk van elk glastype. De verdeling van de bezwijklast van uitgegloeid en gehard glas kan perfect beschreven worden aan de hand van een lognormale verdeling. Bij halfgehard glas konden we daarentegen geen duidelijke overeenkomst vaststellen met een statistische verdeling doordat de proefresultaten te sterk afweken van de voorspellingsrechten. Er worden momenteel bijkomende parameterstudies uitgevoerd.

Op basis van de voornoemde afgeleide statistische verdelingen konden we vervolgens de karakteristieke proefwaarden bepalen voor de buigweerstand van de geteste proefstukken. Deze bedroeg respectievelijk 44,8 N/mm² voor uitgegloeid glas en 140,8 N/mm² voor gehard glas. Deze waarden zijn vergelijkbaar met de waarden die voorgeschreven worden in de productnormen, namelijk 45 N/mm² voor uitgegloeid glas (NBN EN 572-1) en 120 N/mm² voor gehard glas (NBN EN 12150-1).

De karakteristieke weerstand van de geteste proefstukken is voor uitgegloeid glas bijna identiek aan de voorgeschreven waarde uit de norm. Voor gehard glas verkregen we daarentegen een karakteristieke waarde die 17 % hoger ligt dan de waarde uit de norm. We kunnen daaruit afleiden dat de huidige hardingsprocedure zodanig op punt staat dat de mechanische buigweerstand van het vervaardigde glas ruimschoots voldoet aan de waarde uit de productnorm.

3. Besluit

Overeenkomst met de lognormale verdeling voor uitgegloeid glas (links) en gehard glas (rechts).

Tot voor kort hanteerde het WTCB de TV 214 'Glas en glasproducten. Functies van beglazing', die gepubliceerd werd in 1999, als referentiedocument voor de berekening van beglazingen. Deze TV hield rekening met een karakteristieke weerstand van 41,2 N/mm² voor uitgegloeid glas en hanteerde een veiligheidscoëfficiënt van 2,5 die een rekenwaarde van 16,5 N/mm² opleverde voor de (onmiddellijke) weerstand. Voor gehard glas bedroeg de karakteristieke weerstand 196 N/mm² en de veiligheidsfactor 4, hetgeen een eindwaarde opleverde van 49 N/mm² voor de berekening.

De toekomstige TV 'Bijzondere glaswerken' en het online beschikbare Rapport nr. 11 'Toepassing van de Eurocodes op het ontwerp van buitenschrijnwerk' geven de meest recente methoden op voor de dimensionering van glas en zijn gebaseerd op de laatste WTCB-onderzoeken en ontwerpnormen (bv. prEN 13474-3).

Deze documenten geven ietwat hogere waarden op voor de weerstand van glas dan de TV 214. Doordat glas niettemin een breekbaar materiaal blijft met een vrij zwakke capaciteit om harde schokken op te vangen, werden relatief hoge veiligheidscoëfficiënten weerhouden (in vergelijking met andere materialen).


Volledig artikel


G. Zarmati, ir., onderzoeker, laboratorium 'Structuren', WTCB
B. Parmentier, ir., hoofd van de afdeling 'Structuren', WTCB
V. Detremmerie, ir., adjunct labohoofd, laboratorium 'Dak- en gevelelementen', WTCB
(*) Aangezien we in het vervolg van dit artikel enkel de onmiddellijke weerstandswaarden beschouwen, komt deze coëfficiënt niet voor in de voorgestelde formules.