1. Poboljšane vrste stakla s primjenom u graditeljstvu
Kaljeno staklo
Pod pojmom kaljenog sigurnosnog stakla podrazumijevamo termički obrađeno ‘obično’ staklo čiju prenapregnutost postižemo tako da prvo termički ugrijemo staklo do određene temperature i zatim ga naglo ohladimo. Zbog specifične toplinske provodljivosti vanjske se čestice stakla pri naglom hlađenju brzo skupe i stvrdnu i pri tome onemoguće isto u srednjem dijelu. Posljedica toga jest povećana gustoća molekula na površini, a rjeđa u sredini stakla. Na taj način dolazi u kaljenom staklu do značajne preraspodjele napetosti; molekule na površini stakla su izložene tlačnoj, a molekule u unutrašnjosti stakla vlačnoj napetosti.
Ta napetost mora biti u ravnoteži, što je ujedno i uvjet za stabilnost koja nam garantira sigurnosne karakteristike kaljenog stakla, što možemo vidjeti pri promatranju sljedećih vrijednosti:
- povećana otpornost na udarce;
- povećana čvrstoća na savijanje: izmjerena vrijednost > 120 N/mm2 (računska vrijednost 50 N/mm2), dok kod običnog stakla ta vrijednost iznosi 30 N/mm2;
- povećana otpornost na toplinske promjene: T=150 K, pri običnom staklu 50 K.
Zbog specifičnosti rasporeda napetosti kaljenog stakla ono se ne može nakon procesa kaljenja dalje obrađivati, rezati, brusiti, bušiti rupe, skraćivati i sl. Svaki takav pokušaj prouzročio bi lom stakla. Stoga sve predviđene i potrebne obrade treba učiniti prije termičke obrade stakla. Svako staklo mora prije kaljenja imati obrađene rubove. Također, postoje stroga pravila i tablice minimalne udaljenosti od ruba stakla za sve rupe i izreze koji su nam neophodni prilikom montaže kaljenih elemenata.
Slika 1. Slojevi laminiranog stakla
S obzirom da su kaljenjem svojstva stakla u mehaničkom i termičkom smislu vidno poboljšana, u suvremenoj gradnji kaljeno staklo ima svoje sve važnije mjesto. Nabrojimo neke od mogućih primjena:
- u opremanju stambenih i poslovnih objekata;
- u izvedbi ulaznih prostora, ulaznih vrata od kaljenog stakla, automatskih posmičnih vrata, pregradnih i pomičnih stijena i sl.
- u opremanju sportskih objekata;
- u sudjelovanju pri izvedbi aluminijskih staklenih fasada pri čemu staklo u izo izvedbi u kombinaciji s kaljenim elementima daje i bolju toplinsku izolaciju i primjerenu sigurnost pri izvedbi parapeta;
- pri opremanju interijera, izvedbi stubišta od stakla i ograda;
- u izradi staklenog namještaja i dr.
Laminirano staklo
Laminirano sigurnosno staklo je zapravo sendvič dvaju ili više staklenih ploha koje su međusobno zalijepljene jedna na drugu. “Ljepilo“ je poseban prozirni sloj (PVB-polyvinylbutyral), debljine 1–2 ili ponekad više mm. Npr. u lamistal možemo spojiti dva kaljena stakla debljine 6 mm tako da dobijemo staklo 6-2-6, tj. jednu kompaktnu plohu debljine 14 mm (slično jednostrukom staklu). Ovo staklo, također, upija zvučne vibracije širokog spektra, i omogućuje bolju zvučnu izolaciju od tradicionalnog stakla s istom debljinom. Najčešće se radi o jednostruko laminiranom staklu, što ne isključuje mogućnost višestrukog laminiranja, tj. spajanje više staklenih ploha između kojih je prozirna PVB folija.
Laminirano sigurnosno staklo štiti od posjekotina i ozbiljnih ozljeda koje su uzrokovane razbijanjem stakla. Kada je takvo staklo razbijeno, njegovi komadići i krhotine ostaju uz PVB međusloju, i time ne stvaraju ošte bridove. Ova karakteristika, također, štiti od nezgodnih padova i ispadanja kroz staklo, već zavisno o vrsti, svojstvima i obradi staklenih ploha koje laminiramo. Laminirano staklo se upotrebljava za zaštitu od bačenih predmeta zaštitu od loma, zaštitu od vatrenog oružja, za podna, stropna i krovna ostakljenja, za ostakljenje pročelja objekata i za zaštitu od pada (proboja) kroz staklo.
2. Mogućnosti budućeg razvoja
Utjecaj tržištnih uvjeta
Glavni pokretači razvoja, koji utječu na porast upotrebe i time i proizvodnje ravnog stakla navedeni su u donjoj tablici. Općenito rečeno, na opseg primjene svake vrste materijala uvelike utječe dostupnost i upotreba relevantnih standarda, pravilnika i tehničkih specifikacija. No prije svega, najbitnije je znanje i osposobljenost projektanata i izvođača, koji upotrebljavaju određenu vrstu materijala pri projektiranju i izvođenju građevina. Tako posebnu pažnju treba posvetiti razvoju znanja i njegovom prijenosu u praksu i to u oba smjera: od institucija, koje su odgovorne za obrazovanje do industrija u kojima se proizvode određeni materijali i obratno.
Tablica 1 Pokretači budućeg porasta potrošnje ravnog stakla
Sigurnosni zahtjevi
Nedovoljno razvijena standardizacija na području primjene konstrukcijskog stakla otvara dostup na tržište manje kvalitetnim staklenim proizvodima i njihovu primjenu u graditeljstvu. Na slabo reguliranim tržištima, gdje se teži k velikim profitima, mogu se pojaviti nestandardne primjene stakla, što u buduće može dovesti do velikih oštećenja ili čak rušenja dijelova konstrukcija. Standardi za projektiranje staklenih konstrukcija su neophodni za njihovu sigurnost i smanjenje mogućnosti rušenja konstrukcijskih elemenata. U primjeru sloma elemenata ili rušenja konstrukcija treba uvijek utvrditi jesu li mogući uzroci povezani sa zaradom, koja se lako postiže na nereguliranim tržištima ili su posljedica tehničkih problema.
Tehnološki vidici
Glavni utjecaji na daljnji razvoj standarda i pravilnika, koji će pomoći praktičnoj primjeni znanja dobivenog upotrebom stakla kao konstrukcijskog materijala, prikazani su u tablici 2. U mnogim su zemljama na snazi nacionalni standardi, a postoji i određen broj ISO standarda i Europskih standarda (Slika 2). No, stanje se može uvelike poboljšati razvojem i uvođenjem harmoniziranih standarda iz obitelji Eurocode, koji bi pridonijeli opsežnijoj i sigurnijoj upotrebi stakla kao konstrukcijskog materijala i uz to Europskoj privredi ojačalo prisutnost na manje razvijenim tržištima.
Tablica 2 Glavni utjecaji na daljnji razvoj standarda i pravilnika, koji će pomoći praktičnu primjenu znanja dobivenog upotrebom stakla kao konstrukcijskog materijala
Poseban problem predstavlja uvođenje inovativnih proizvoda i konstrukcijskih rješenja, koji pretječu srazmjerno spori razvoj i uvođenje standarda. U tim primjerima treba slijediti put, koji predviđaju pravila ETA (European Technical Approval) u pogledu potvrđivanja tehničke valjanosti inovativnih proizvoda i konstrukcijskih rješenja od strane Organa za tehničku suglasnost EOTA (Appoval Body of EOTA), a što je i u skladu sa Direktivom o građevnim proizvodima [1]. Na taj se način patentirane tehnologije mogu neutralno ocijeniti i opskrbiti s odgovarajućim certifikatima o sukladnosti. Iako taj mehanizam postoji, malo se koristi i zbog nedostatka harmoniziranih standarda kao što su Eurokodovi. Drugi razlog je i komercijalna osjetljivost novih rješenja, koje konkurencija može kopirati i time steći prednost na tržištu, jer nije uložila sredstva u razvoj, pa njeni kopirani produkti mogu biti jeftiniji i time konkurentniji.
3. Stanje na području standardizacije proizvoda iz stakla
Eurokodovi
Globalizacija graditeljstva obuhvaća građevne proizvode te projektantske i izvođačke radove. To iziskuje upotrebu međunarodnih standarda kako bi se izbjegle opasne posljedice upotrebe različitih standarda u okviru jednog velikog projekta ili skupine povezanih projekata. Trenutno se razvijaju dvije velike »obitelji« međunarodnih standarda, jedna u SAD i druga u Europskoj zajednici, koje sadrže standarde za projektiranje konstrukcija povezane sa standardima za proizvode i njihovo ispitivanje.
Slika 2. Količina međunarodnih i nacionalnih standarda
Europski odbor za standardizaciju (CEN – European Committee for Standardization) zadužen je za pripremu Europske »obitelji« standarda, koja trenutno sadrži 10 Eurokodova (58 dijelova s pravilima za projektiranje), oko 500 EN standarda za građevne proizvode i oko 700 EN standarda za ispitivanje građevnih proizvoda. Dodatno je tu i oko 170 Europskih tehničkih suglasnosti i Smjernica, za koje je odgovorna Europska organizacija za tehničku suglasnost (EOTA – European Organisation for Technical Approvals).
Kao što je poznato, Eurokodovi se sastoje od dva vodeća »EN1990–Osnove projektiranja konstrukcija« i »EN1991-Djelovanja na konstrukcije« i osam ostalih, koji sadrže pravila za projektiranje betonskih, čeličnih, spregnutih, drvenih, zidanih i aluminijskih konstrukcija te geotehničkih objekata i objekata na potresnim područjima.
EN1990 određuje općeniti okvir verifikacije na osnovu graničnih stanja: za granično stanje nosivosti uključujući robustnost, granično stanje upotrebljivosti i trajnosti. Kod staklenih konstrukcija je dopustivost oštećenja kod graničnog stanja nosivosti osnovni i najveći problem
4. Strategija razvoja novog Eurokoda za konstrukcije iz stakla
Organizacija budućih aktivnosti
Nosilac budućih tehničkih aktivnosti bit će uža radna skupina (Core Group), koju će predlagati članovi radne skupine, koja je pripremila dokument [3]. Uža radna skupina će se posvetiti:
- proizvodima iz stakla i metodama njihove proizvodnje
- proizvodima i polu-proizvodima iz stakla i njihovim osobinama
- metodama projektiranja konstrukcija iz stakla i spregnutim sustavima s ostalim vrstama konstrukcija
- izvođenju kontrole kvalitete
- pripremi teksta standarda
Uža skupina će se pri svom radu osloniti na veću skupinu odabranih stručnjaka organiziranih u radne grupe po pojedinim stručnim područjima.
Prvi okvirni sadržaja standarda
Prvi okvirni sadržaja je u skladu s ostalim standardima iz »obitelji« Eurokoda:
- Opći dio
- Osnove projektiranja
- Materijali i metode proizvodnje
- Robustnost, trajnost i održavanje
- Analiza konstrukcije
- Granično stanje nosivosti
- Granično stanje uporabljivosti
- Konstrukcijski detalji i spojevi
- Požarna otpornost konstrukcije
- Projektiranje na osnovu eksperimentalnih ispitivanja
- Dodatak 1: Postupci građenja i montaže
Posebna pozornost bit će posvećena »Osnovama projektiranja«, koje će biti usklađeno s pravilima Eurokoda.
Budući da je staklo krhko, posebnu pažnju treba posvetiti izvanrednim djelovanjima opterećenja koja uzrokuju pucanje stakla. Zato će se primjeniti kriteriji robusnosti (EN 1991-1-7):
- Stakleni elementi moraju biti zamjenjivi
- Izbor proizvoda iz stakla i njihova ugradnja u konstrukciju mora zavisiti od predvidljivih posljedica loma tako da se unaprijed spriječi progresivan mehanizam rušenja konstrukcije ili pak da se osigura rezidualna otpornost s određenim vremenom trajanja nakon nastupa loma ili smanji opasnost od rušenja neposredno nakon pucanja stakla
Procjena sigurnosti elementa iz stakla će se temeljiti na općim zahtjevima pouzdanosti prema EN 1990. Pri tome će se uzeti u obzir modeli otpornosti pojedinih vrsta stakla koji uključuju učinak trajanja opterećenja, utjecaj dimenzija elemenata i utjecaje okoline.
5.Zaključak
Staklo je materijal, čije mogućnosti u graditeljstvu još nisu dovoljno iskorištene. Odlikuje ga visoka tlačna čvrstoća i odlična prozirnost, koja se može mijenjati prema potrebi pomoću ugradnje foro osjetljivih tvari. Dodatno proširenje uporabe nude različiti načini armiranja stakla i tehnologije premazivanja.
Staklo se u graditeljstvu upotrebljava stoljećima, ali su njegove mehaničke osobine postale zanimljive istraživačima tek u osamdesetim godinama prošlog stoljeća. Od tada se intenzivno istražuju mehaničke osobine stakla, mehanizmi loma i mogućnosti utjecanja na prozornost te površinske obrade. Rezultati istraživanja vode k razvoju novih proizvoda ali i standarda, koji olakšavaju proizvodima put na tržište. Kako je staklo osjetljiv i krhak materijal, potrebno je još mnogo istraživanja, koja će omogućiti razvoj standarda za njegovu širu primjenu u konstrukcijama.
Dva su osnovna razloga zbog kojih treba pristupiti k razvoju novih europskih standarda za projektiranje konstrukcija sastavljenih iz staklenih proizvoda. Kao prvo, korisnici očekuju odgovarajući nivo sigurnosti konstrukcija. To se može osigurati u kontekstu harmoniziranih standarda kao što su Eurokodovi. Kao drugo, europska industrija očekuje odgovarajuću podršku, koja će joj omogućiti održavanje prodaje svojih proizvoda na domaćem i vaneuropskom tržištu. Harmonizirani standardi mogu uveliko utjecati na količinu prodaje i sigurnu primjenu stakla u graditeljstvu.
Na osnovu konzultacija s vodećim europskim građevinskim organizacijama kao što su Europska graditeljska tehnološka platforma (ECTP) i Europsko udruženje proizvođača ravnog stakla (GEPVP) zaključilo se, da su harmonizirani europski standardi za konstrukcije iz stakla nužni za što postoji i velika težnja kod organa Europske zajednice, koji su zaduženi za razvoj graditeljske regulative.
Razvoj i uvođenje novih europskih standarda za upotrebu proizvoda iz stakla u graditeljstvu, povećat će opseg upotrebe stakla. Standardi će projektantima omogućiti ostvarenje zanimljivih arhitektonskih ideja. Osim toga, proširenje upotrebe stakla na veće konstrukcijske sustave, povećati će potražnju za ravnim staklom i omogućiti proizvođačima stakla daljnji razvoj zanimljivih, visoko- tehnoloških proizvoda sa visokom dodatnom vrijednošću. A uz sve to, novi standardi će pozitivno utjecati na razvoj europskog graditeljstva i omogućiti otvaranje novih radnih mjesta.
dr.sc. Vlatka Rajčić, dipl.ing.građ.
Mislav Stepinac, dipl.ing.građ.
Dean Čizmar, dipl.ing.građ.
LITERATURA
[1] Prijedlog zakona o građevnim proizvodima s konačnim prijedlogom zakona (NPPEU 2008.), Ministarstvo zaštite okoliša, prostornog uređenja i graditeljstva, Zagreb, lipanj 2008, www.vlada.hr/hr/content/download/54156/757296/file/27_05.pdf
[2] Guidance Paper L – Application and use of Eurocodes
http://ec.europa.eu/enterprise/construction (slijediti vezu Guidance Papers / Position Papers)
[3] Žarnić, R., Tsionis G., Gutierrez, E., Pinto, A., Geradin, M., Dimova, S.: Purpose and justification for new design standards regarding the use of glass products in civil engineering works, Support to the implementation, harmonization and further development of the Eurocodes, JRC Scientific and Technical Report, ISSN 1018-5593, EUR 22856 EN – 2007, Luxemburg. http://eurocodes.jrc.ec.europa.eu/showpage.php?id=631
[4] EUROCODES – Building the future, http://eurocodes.jrc.ec.europa.eu/home.php
[5] Pilkington and the flat glass industry 2008, Pilkington NSG Group Ltd., St. Helens, 2008, http://www.nsggroup.net/ir/index.html
[6] Jean-Armand Calgaro, J-A.: The Eurocodes: General overview – Principles, new developments and future challenges, Os novos Eurocodigos estruturais, Lisabon, LNEC, 26. Nov. 2008
http://estruturas2008.lnec.pt/20_document/S1.pdf
[7] NBNS 23-002– Vitrerie, Norme belge, Bureau de Normalisation, Bruxelles, april 2007, http://www.chassisernst.be/documents/NBN_S_23-002;2007(F).pdf
[8] CSTC/WTCB: Une NIT consacrée aux ouvrages particuliers en verre . Laboratoire ‘Eléments de toitures et façades’, Bruxelles, 2008; http://www.cstc.be/homepage/index.cfm?cat=publications&sub=bbri-contact&pag=Contact20&art=285
[9] Schittich, Staib, Balkow, Schuler, Sobek: Glass Construction Manual, Munich 1999.
[10] Structural Engineering International, Volume 14, Number 2
[11] Jan Wurm: Glass structures – Design and construction of self supporting skins, 2007.
