Constructief glas maakt zijn intrede in de bouwsector

Wel nog nood aan duidelijke normen om glas als dragend element te gebruiken

Glas is alomtegenwoordig in de hedendaagse architectuur. Daarom zijn grote glazen gevelpartijen al lang geen unicum meer. Momenteel worden ook steeds meer mogelijkheden onderzocht met constructief glas, waarbij glas wordt toegepast als dragend element. Op die manier kunnen onder andere glazen wanden, daken en trappen gecreëerd worden. Daarvoor houden producenten steeds rekening met alle fases van het glas, van gewoon gebruik tot eventuele breuk. Voorlopig zijn de Belgische normen en technische voorschriften erg beperkt, wat de grootschalige verspreiding van constructief glas aanzienlijk beperkt.

Wat is constructief glas?

Dragend materiaal

Constructief glas is een onderdeel van architecturaal glas waarbij het glas wordt toegepast als dragend element. Het glas draagt dus niet alleen zichzelf, maar ook eventuele lasten die erboven komen. Op zich wordt er daarvoor niets veranderd aan het product glas; er worden enkel kleine aanpassingen doorgevoerd opdat het dragend zou kunnen zijn.

Gehard of ongehard glas

Bij glasproducten is er steeds de mogelijkheid om met ongehard of met gehard glas te werken. Om tot gehard glas te komen, wordt het glas bij de productie extra in de oven gestoken, waarbij men het materiaal snel gaat opwarmen en dan vooral snel gaat afkoelen. Daardoor ontstaat er aan het oppervlak van de glasplaat een drukkracht, terwijl er aan de binnenkant een trekkracht ontstaat. Er komen met andere woorden spanningen in het glas. Dankzij die spanning worden mogelijke trekbelastingen bij de toepassing (bijvoorbeeld de bevestiging aan de randen van het glas) opgevangen. Die behandeling zorgt er dan ook voor dat gehard glas zwaardere belastingen kan opnemen. Een belangrijk nadeel is echter dat die spanningen maken dat gehard glas bij een eventuele breuk steeds in zeer kleine stukken zal breken. En die kleine stukken bezitten geen draagkracht meer. Ongehard glas daarentegen breekt in grote stukken die nog kunnen samenwerken en bezit daardoor na een breuk nog enige draagkracht. Welke soort (gehard of ongehard) nu het best wordt gebruikt, hangt dan ook af van de specifieke toepassing. Bij een glazen plafond bijvoorbeeld is het voor de veiligheid beter als er bij een breuk kleine stukjes naar beneden zouden vallen. Het blijft echter een moeilijke evenwichtsoefening om voor de juiste soort te kiezen. Daarom werken som­mige producenten met glascombinaties, waarbij geharde en ongeharde glasplaten samen worden toegepast in een laminaat.

Toepassingen

Zowel binnen als buiten

De toepassingsmogelijkheden van constructief glas zijn erg breed. Het materiaal kan zowel binnen als buiten gebruikt worden. Daar kan het gaan om meer simpele dingen, zoals een eenvoudige glazen balustrade. Maar ook meer constructieve zaken, zoals glazen wanden, daken, trappen … zijn mogelijk.

Beperkte toepassing

Hoewel eenvoudige constructies met constructief glas wel geregeld hun intrede vinden in de architectuur, blijft de toepassing van constructieve elementen nog heel beperkt. Dat heeft verschillende oorzaken, zoals de eerder conservatieve aard van de desbetreffende controle-instellingen. Dat zorgt voor een algemene rem, waardoor constructief glas voorlopig nog relatief onbekend is bij het potentiële cliënteel (bijvoorbeeld bedrijven).

Productie

Ontwerp

Voor het ontwerp van constructief glas wordt zowel met de klassieke rekentools gewerkt als met rekentools die per bedrijf specifiek ontworpen zijn. Het bepalen van de mogelijke belasting en/of sterkte is puur materiaalgericht, waardoor de gewone (klassieke) rekentools gebruikt kunnen worden. Maar aangezien verschillende bedrijven hun eigen ontwikkelingen hebben voor constructief glas, worden ook meer specifieke rekentools – die onder andere werken volgens numerieke modellering en eindige-elementenmethodes hanteren – toegepast.

Aandachtspunten bij productie

De productie van constructief glas gebeurt op dezelfde manier als elk ander type glas. Het materiaal wordt typisch gemaakt in panelen in de float line. Daarna gaat het naar de glasverwerker, waar het wordt versneden tot de juiste maat en waar het glas eventueel ook wordt verhard en/of gelamineerd.

Bij de productie moet sowieso rekening worden gehouden met enkele cruciale aandachtspunten. Ten eerste zijn dat de toleranties op de afmetingen. Die toleranties zijn immers erg klein, aangezien correcte afmetingen noodzakelijk zijn voor de plaatsing (zie verder). Ten tweede moeten de verschillende glaspanelen bij een laminaat steeds zo goed mogelijk boven elkaar geplaatst worden. Dat is vooral een esthetisch probleem eerder dan een constructief.

Ten slotte zijn die esthetische overwegingen ook doorslaggevend voor het laatste aandachtspunt. Er moet steeds op worden toegezien dat een glaspaneel tijdens iedere fase van het proces – dus niet alleen tijdens de productie, maar bijvoorbeeld ook bij het transport en de plaatsing – geen schade oploopt. De klant wil immers geen glas met een hoek af.

Verlijming

Verlijming geniet vaak de voorkeur tegenover boren in glas. Om te kunnen boren, moet er namelijk sowieso met gehard glas gewerkt worden. Alleen zo kan de glasplaat de spanningsconcentratie ten gevolge van de boorgaten doorstaan.

Verlijmen heeft echter met nog heel wat uitdagingen te kampen. Zo is het niet altijd gemakkelijk om de juiste lijm te kiezen, aangezien er veel verschillende producten – met uiteen­lopende eigenschappen – beschikbaar zijn. Zo kan er bij de interlayers voor gelamineerd glas onder andere gewerkt worden met pvb (polyvinylbutyral). Voor andere toepassingen is een constructieve verlijming nodig, bijvoorbeeld met epoxy, silicone, acrylaat enz.

Daarnaast wordt soms nog moeilijk garantie gegeven op lijmproducten door de producenten, wat leidt tot een probleem met de verzekering. Tevens gebeurt de uitvoering van een verlijming bij voorkeur in een erg schone omgeving. Op die manier geraken er zeker geen stof- of afvaldeeltjes tussen de verschillende onderdelen van de verlijming, wat cruciaal is voor een goede verbinding. Als de verlijming echter op een bouwwerf dient te gebeuren, is de kans op vervuiling aanzienlijk groter.

Aandachtspunten bij plaatsing

Kleine toleranties

Een eerste aandachtspunt bij de plaatsing van constructief glas is dat er rekening moet worden gehouden met kleine toleranties. Een glasplaat moet steeds nauwkeurig horizontaal worden geplaatst, met weinig tot geen verschil op de steunpunten. Glas is immers een stijf materiaal, waardoor het materiaal zou kunnen breken bij een te grote afwijking aan de steunpunten.

Hard contact

Ten tweede mag er aan de steunpunten nooit rechtstreeks contact zijn tussen het glas en een hard materiaal (bijvoorbeeld aluminium of staal). Typisch wordt daarvoor tussen het glas en de schoen rubber, plastic of lijm voorzien, zodanig dat het glas goed ondersteund wordt en dat hard contact wordt vermeden. Dat is cruciaal om geen grote spanningen aan de rand van het glas te krijgen. Die spanning is namelijk een belangrijke oorzaak van glasbreuk.

Mechanische beperkingen

De grootste mechanische beperking van glas is dat het een broos materiaal is dat mettertijd verzwakt. Die verzwakking is het gevolg van minuscule, onvermijdelijke krassen die ont­staan bij de productie. Aangezien die krasjes gaan groeien in de tijd, wordt ook het materiaal iets zwakker in de tijd. Hoewel dat proces over een termijn van tientallen jaren verloopt, moet er zeker rekening mee worden gehouden in het ontwerp.

Dure oplossingen

Ondertussen zijn er wel al verschillende oplossingen om die mechanische beperking op te vangen, maar voorlopig zijn die nog erg duur. Een eerste voorbeeld van zo’n oplossing is de dunne doch sterke glassoort die wordt toegepast op het scherm van smartphones. Op die manier wordt het scherm veel meer krasbestendig, maar zelfs de relatief kleine hoeveelheid glas die daarvoor nodig is, jaagt de prijs van smartphones reeds sterk de hoogte in.

Daarnaast wordt op Europees niveau volop onderzoek gedaan – onder andere aan de Universiteit van Gent, in samenwerking met Vitroplena – naar de mogelijkheden en ontwikkeling van zogenaamde self-healing glass. Op die manier zouden de minuscule onvermijdelijke krasjes uit zichzelf toegroeien dankzij een coating of extra behandeling na de productie. Dat onderzoek staat nog in zijn kinderschoenen, maar is wel reeds veelbelovend. Self-healing glass zou er namelijk voor zorgen dat glas meer op zijn volle sterkte kan worden toegepast, waardoor het ook dunner en esthetischer wordt.

Veiligheid

Glasnormen

Hoewel er in België wel normen en technische voorschriften zijn voor glazen deuren en glazen balustrades, zijn die zaken er nog niet voor constructief glas. Producenten kunnen wel rekening houden met de normen voor de spanningsberekening van het glaslaminaat en de ontwerpsterkte, maar los daarvan genieten ze dus ook nog veel vrijheid om allerlei zaken en glascombinaties uit te proberen.

Ondertussen wordt door de bevoegde instanties wel een Europese norm voor glas ontwikkeld, wat uiteindelijk zal leiden tot een nieuwe Eurocode. Die norm – die Eurocode10 wordt – zou normaal gezien binnen de drie of vijf jaar klaar moeten zijn. Het is echter nog niet helemaal duidelijk hoe uitgebreid die Eurocode precies zal zijn.

Constructieberekeningen

Voor de constructieberekening van constructief glas moet in de eerste plaats rekening worden gehouden met het tijdsaspect. Door de on­vermijdelijke (kleine) krassen in het oppervlak gaat glas immers sowieso mettertijd verzwakken.

Daarnaast zijn vooral de veiligheidsniveaus tijdens alle fases van het glas belangrijk. Dat geldt uiteraard voor de gebruiksfase (dat soms de pre-breukfase wordt genoemd), maar er moet ook worden gedacht aan de eventuele breukfase en daaropvolgende post-breukfase. Ook dan moet het glas immers nog voldoende draagkrachtig zijn, onder andere om de ruimte indien nodig te kunnen evacueren en om het glas zonder al te grote problemen te kunnen vervangen.

Wat bij glasbreuk?

Schadediagnose

Wanneer er bij constructief glas een breuk optreedt, is het belangrijk om een grondige schadediagnose uit te voeren. Er wordt dan nagegaan hoe, waar en waarom een breuk precies is ontstaan. Zo’n diagnose is onder andere noodzakelijk bij gerechtelijke procedures, maar kan vooral helpen om een gelijkaardig schadegeval in de toekomst zo veel mogelijk te vermijden.

Glas vervangen

Aangezien glas meestal uit esthetische overwegingen wordt gekozen, is het belangrijk dat het bij eventuele glasbreuk probleemloos kan worden vervangen. De concepten daarvoor zijn nog volop in ontwikkeling, maar genieten een zekere urgentie door het bij­komend voordeel bij de plaatsing. Als het constructief immers gemakkelijk en veilig kan vervangen worden, kan het ook geïnstalleerd worden tijdens één van de laatste fases van het bouwproces (en wordt schade tijdens het bouwproces vermeden).

Wat brengt de toekomst?

Ontwikkelingen overkomen beperkingen

Hoewel het gebruik van constructief glas voorlopig beperkt blijft, zit dat materiaal toch in de lift. Er zijn de laatste jaren immers heel wat ontwikkelingen geweest die van glas een interessant bouwmateriaal gemaakt hebben. Er zijn de vernieuwingen qua isolatie en klimaatregeling, maar ook de ontwikkelingen inzake versterkt glas (en eventueel self-healing glass) hebben een belangrijke invloed.

De meer praktische oplossingen zijn eveneens bepalend, zoals een speciale coating waardoor glas minder gemakkelijk vuil wordt (handig om bijvoorbeeld toe te passen op een glazen dak). Ten slotte vormt ook de grootte van de panelen haast geen beperking meer, want met de grootste autoclaaf ter wereld (die in Duitsland te zien is) kunnen glaspanelen van 3 m op 19 m gelamineerd worden.

Overtuigen

Een aanzienlijk deel van de beperkingen van (constructief) glas zijn reeds overkomen dankzij allerhande ontwikkelingen. De belangrijkste uitdaging die nu nog rest voor de sector, is om de controle-instanties en potentiële klanten te overtuigen van de mogelijkheden van constructief glas.