Lemnul si sticla

In cadrul firmei austriece Holzforschung Austria a fost creat in timp, pe baza cercetarilor Institutului pentru tehnica ferestrelor din Rosenheim (Prof. P. Niedermaier) si ale Universitatii Tehnice din München (Prof. H. Kreuzinger) un element mixt din lemn ai sticla capabil de a suporta o sarcina mare, care se preteaza foarte bine la rigidizarea fatadelor tip cortina ai nu numai, cu geam izolant.

Sticla ca material

Sticla este un material format din solidificarea unui lichid care confera datorita transparentei sale noi posibilitati de modelare in arhitectura. In prezent invelisurile cladirilor care ofereau vizibilitate si lumina putina dispar rand pe rand, iar incaperile mici cu spatii limitate se dezvolta din ce in ce mai mult spre exterior. In constructii se utilizeaza in prezent metode si materiale moderne, cum ar fi sticla izolanta, care ofera calitati termoizolante. Ea mai contribuie de asemenea, in special la constructiile cu inclinare spre sud, mai ales in perioada de tranzitie, la un bilant pozitiv de energie, astfel incat utilizarea sticlei in invelisul cladirilor, cu proprietatile sale constante in fata intemperiilor vremii, va conferi avantaje atat din punct de vedere ecologic cat si economic.

Sticla utilizata in industria constructiilor mai detine si proprietati extrem de performante din punct de vedere al rezistentei la presiune, net superioare altor materiale cum ar fi betonul sau otelul. Rezistenta la rupere este teoretic de 13000 N/mm², iar rezistenta la presiune se situeaza in cadrul incercarilor efectuate intre 700 – 900 N/mm². Pe de alta parte, rezistenta la indoirea prin intindere poate fi estimata la doar circa 45 N/mm². Aceasta discrepanta se poate explica prin faptul ca la microfisurile de suprafata, nu se pot devia varfurile de tensiune care se creeaza datorita deformarii. Sticla nu poate, din cauza capacitatilor sale limitate de a suporta sarcini, decat in mica masura sa regrupeze solicitarile si esueaza local. In locurile in care varfurile incarcarii sunt cele mai mici, se ajunge si la rupere. Sticlei, ca material, ii lipseste de asemenea si proprietatea de a lasa sa se vada din timp faptul ca eventual se va produce o rupere. Comportarea de rezistenta ductila si deformarea care poate fi recunoscuta inainte de rupere sunt insa proprietati de siguranta importante in cadrul constructiilor. Din aceste cauze, pana in prezent, nu s-a putut pune baza, sau doar in mica masura, pe proprietatea de rezistenta a sticlei la calculul static.

Lemnul ca material

Lemnul, prin definitie simbolizeaza confortul si completeaza functionalitatea sticlei atat de bine cum nici un alt material nu o face. In afara de aceasta se distinge prin proprietatile sale combinate cum ar fi capacitatea portanta si izolatia termica, ca si cele ecologice si economice. In constructiile de genul serelor, caselor ca si la fatade, sunt convenabile montajele de tip cortina, unde sunt preluate in mod eficient incarcarile perpendiculare. Pana in prezent consolidarile „ca la carte“ puteau fi efectuate doar prin constructii scumpe si deranjante din punct de vedere optic, cum ar fi spre exemplu contravantuirile.

Materialul adeziv

In zilele noastre exista materiale adezive cu proprietati excelente de aderenta, folosite cu succes chiar si in industria de masini, la navele spatiale sau la confectionarea suporturilor de scanduri stratificate cu sarcina mare. Pana nu demult, pentru imbinarea lemnului si a materialelor lemnoase au fost utilizate materiale pentru lipit rigide si cu sarcina mare. Pentru elementele mixte din lemn si sticla in ce priveste imbinarea materialului adeziv mai sunt necesare si alte cerinte decat rezistenta si durabilitatea la intemperii si anume: imbinarea trebuie sa poata prelua presiunile care apar datorita montajului si din dilatarea diverselor materiale datorita temperaturilor puternic oscilante. In functie de scopul in care va fi folosit, de material si de tipul constructiei, trebuie definit un profil exact de cerinte pentru imbinarea cu adeziv, fiind astfel utilizati adezivi elastici sau semielastici cum ar fi spre exemplu siliconul sau acrili.

Elementele mixte lemn-sticla pot insa mai mult de atat. In cazul unei supraincarcari poate fi inlaturat pericolul de spargere incontrolabila a sticlei casante si anume prin dimensionarea optima a rosturilor lipite, elastice sau semielastice. Elementele care se formeaza prezinta un comportament ductil la rupere, cu deformari vizibile care anunta de pe acum esuarea constructiei. Elementele mixte lemn-sticla nu reprezinta doar o suma de parti individuale utilizate. In elementul de constructie se formeaza, datorita fortelor diferite ale materialelor, efecte sinergetice.

Cercetarea fizicii constructiei a variantelor a aratat cu certitudine ca utilizarea sticlei faltuite in trepte, datorita distantelor mari intre imbinarile marginale a doua foi de sticla invecinate, aduce cu siguranta dezavantaje din punct de vedere al transferului termic si conditioneaza o latime frontala mai mare a profilelor suport.

Este astfel de preferat metoda directa de lipire a sticlei izolatoare cu margini securizate si fara a mai utiliza profilele faltuite si nutuite. Astfel se pot atinge chiar si la cele mai mici latimi frontale cele mai bune valori din punct de vedere al transferului termic.

Aceasta reprezinta o influenta pozitiva asupra reducerii pierderilor de caldura prin care se urmareste marirea suprafetei de sticla.

In urma analizarii variantelor referitoare la modul in care se pot realiza si in practica aceste constructii si modul in care aceste obiecte test pot fi incercate practic, s-a demonstrat faptul ca:

renuntarea la profilele de aluminiu este posibila
aplicarea geamului din exterior poate fi rezolvata constructiv, si, mai ales, confera posibilitatea simpla de schimbare in momentul in care este necesar,
egalizarea tolerantelor constructiei si manipularea din punct de vedere al montajului tehnic sunt considerate a fi pretentii decisive la constructie, cu toate ca variantele fara deviz lateral la montant prezinta avantaje deloc de neglijat,
fixarile oblice trebuie gandite functional, insa sunt costisitoare la fabricatie,
o prindere dreapta din interior, in coltul drept pe planul de consolidare nu este potrivita pentru cazul nostru de aplicare, si
elementele de legatura se potrivesc foarte bine pentru sistemele Structural Glazing in cazul carora sticla indeplineste functii structurale portante.

Cercetarea statica s-a compus din incercari de rezistenta la rupere la probe mici pentru a stabili rezistentele diferitilor adezivi sau geometriei imbinarilor de adezivi ca si incercari de rezistenta la rupere efectuate pe elemente mixte lemn-sticla cu marimi cuprinse intre 1,25 m x 2,5 m. Ca urmare a fabricarii relativ usoare a corpurilor de incercare mari in numar relativ mare, au putut fi stabilite foarte exact, in multe serii de incercari la scara mica, valorile caracteristice ale rezistentei si consolidarii imbinarilor cu adeziv.

Au fost simulate de asemeni si conditii meteorologice speciale prin imbatranire artificiala, pentru a putea garanta utilizarea pe termen lung chiar si in conditii extreme.

Geometriile imbinarilor cu adeziv de la diferitele tipuri de adezivi utilizati sunt un alt parametru de baza pentru optimizarea incarcaturii si a nivelului de siguranta a elementelor mixte lemn-sticla.

In cadrul unei incercari la scara mare, au putut fi inregistrate fara pagube probe cu imbinari elastice, cu adeziv pe baza de silicon, forte orizontale de peste 2 kN la o deformare de h/500, care a fost definit drept criteriu de capacitate de utilizare. Sa nu uitam ca acest lucru a fost determinat la un nivel mare de siguranta. Astfel elementele au esuat abia la peste 13 kN. Trebuie subliniat faptul ca in nici una din incercari nu a fost in nici un fel stricata foaia de sticla.

Rostul lipit a fost pe post de „loc de rupere estimat“ si controlabil. Aceste afirmatii se potrivesc atat pentru imbinarile elastice cu adeziv cat si pentru adezivii „semielastici“ pe baza de acrilat. Cu acestia au putut fi inregistrate la o deformare de h/500 chiar si incarcari de circa 5 kN. Ruperea s-a produs abia la peste 20 kN.

Rezultatele obtinute sunt promitatoare. In urmatorii ani munca cercetatorilor se va concentra pe urmatoarele 5 domenii de baza:

Se va lucra impreuna cu partenerii din industrie la aplicarea in practica a elementelor mixte lemn-sticla dezvoltate pentru utilizarea acestora in constructia fatadelor dupa metoda Structural Glazing. Astfel ar trebui ca sticla sa preia problemele de consolidare structurala.

Rosturile intre elementele sticlei izolatoare vor fi inchise plan cu materiale izolatoare, lucru care face posibila realizarea din punct de vedere arhitectural de fatade plane.

Executarea in continuare a incercarilor de incarcare cu elemente mari la un banc de probe special conceput pentru astfel de parti de constructie. Aceste elemente mari vor fi exact la dimensiunile la care vor fi utilizate la fatade, locuinte sau sere.

Holzforschung Austria
hfa–b@holzforschung.at