arrows Realizace staveb arrows Navrhování staveb arrowsJak předcházet nejčastějším poruchám stavebního skla - II. díl
grafické podklady: archiv autora
text: Miroslav Sázovský
číslo: 01/11
Jak předcházet nejčastějším poruchám stavebního skla - II. díl

· Ukázka charakteristického tvaru prasklin při samovolné explozi tepelně tvrteného skla - motýlek kolem NiS
Jedním z nejčastěji používaných skel v interiéru a v exteriéru staveb je sodnovápenatokřemičité tepelně tvrzené bezpečnostní sklo. Tento druh skla se ve stavebnictví uplatňuje především pro své jedinečné vlastnosti rozpadu po rozbití a zvýšené pevnosti v tahu za ohybu.
odeslat odeslat    tisk tisk
Ing. Miroslav Sázovský
Ing. Miroslav SázovskýStavební fyzik, vystudoval FSv ČVUT. Stavebnímu sklu se nevěnuje jen při psaní odborných statických či diagnostických posudků, ale své znalosti a dovednosti využívá přímo v terénu. Je autorem praktického seriálu o skle 52 rad jak neudělat chybu a četných vzdělávacích programů zaměřených na výuku o stavebním skle v praxi.
E-mail: kancelar@sazovsky.cz

Jak předcházet nejčastějším poruchám stavebního skla - I. díl 

Tepelně tvrzené sklo je považováno za bezpečnostní sklo splňující závazné normové požadavky na bezpečnost proti poranění. Norma ČSN EN 12150 popisuje všechny materiálové a optické vlastnosti a test kvality tepelného tvrzení (zkouška rozpadu po rozbití).

Sodnovápenatokřemičité tepelně tvrzené bezpečnostní sklo

Tepelně tvrzené sklo:

  • má mechanickou pevnost v tahu za ohybu až 120 N/mm2 oproti běžnému sklu float, které má 45 N/mm2
  • je přibližně pětkrát odolnější vůči bočnímu nárazu; 
  • odolá teplotním rozdílům v ploše až 250 °C (odolnost na tepelný šok);
  • při rozbití se tříští na malé neostré úlomky;
  • nelze po procesu tvrzení dále opracovávat (řezáním, broušením atd.).

Vzhledem k tomu, že při procesu tepelného tvrzení nedochází ke změně fyzikálních vlastností, má tepelně tvrzené sklo stejné vlastnosti jako běžné sklo float.

Vlastnosti skla Hodnota Jednotka
Objemová hmotnost r 2.500 Kg/m3
Youngův modul pružnosti E 70.000 N/mm2
Poissonova konstanta m 0,23 -
Součinitel teplotní roztažnosti 9x10-6 1/K
Tepelná vodivost l 1,0 W/(mK)
Sálavost (intenzita vyzařování) e 0,89

¤ Fyzikální vlastnosti sodnovápenatokřemičitého tepelně tvrzeného bezpečnostního skla

Skrytá rizika tepelně tvrzeného skla

Nepochybně je třeba zajistit kvalitu dodaného stavebního díla i jeho požadovanou životnost. U tepelně tvrzeného skla lze zvláště zvýraznit též dodržení technologických limitů rozměrů a tvaru dílce, tolerance jejich počátečních prohnutí, specifikaci složení skla, případné estetické vady, apod. Odpovědnost vyplývající z návrhu a realizace stavebního díla s použitím konstrukčního skla má z hlediska právních předpisů obdobný charakter, jako je tomu v ostatních případech, kdy projektant navrhuje a dimenzuje např. železobetonové, ocelové či dřevěné nosné konstrukce staveb.
Odpovědnost za vady a poruchy stavby v dodavatelsko odběratelských vztazích je řešena podle té právní normy, podle které byl uzavřen smluvní vztah mezi účastníky případného sporu. Tím se totiž obě strany zavázaly řídit již při výchozí dohodě a obě strany tedy plní svoje povinnosti právě podlé této normy. Mezi dvěma právnickými osobami, nebo fyzickými osobami podnikateli, nebo mezi právnickou osobou a fyzickou osobou podnikatelem se zpravidla uzavírá smluvní vztah podle Obchodního zákona.
Vada stavby je způsobena vadným provedením některé stavební konstrukce. Vadné provedení může mít příčinu v pochybení projektanta stavby, dodavatele stavby, investora, nebo jiného účastníka výstavby. Porucha stavby může vzniknout jako důsledek vady, nebo také z jiných příčin. Nemusí, ale může tedy být způsobena vadným provedením některé části stavby. Poruchu mohou způsobit např. otřesy od okolní dopravy, obdobně jako vada v základové konstrukci. Za poruchy stavby je odpovědný ten, kdo zapříčinil vznik poruchy díla.
Vada nebo porucha nemusí být vždy způsobena chybným plněním dodavatele stavby nebo dodavatele projektové dokumentace. Příčina může spočívat také v chybném užívání stavby, nebo může být na straně investora, např. v případech, kdy požadoval zabudování nevhodných materiálů do stavby, nebo použití nevhodných konstrukcí či jejich složení (např. z úsporných důvodů). Příčina může být také mimo účastníky výstavby, např. sesuv půdy, pokles hladiny spodní vody, živelná katastrofa, otřesy od dopravy, apod.

Průběh napětí ve středu tabule skla (- tlak, + tah, D - tloušťka tabule skla).
¤ Průběh napětí ve středu tabule skla (- tlak, + tah, D - tloušťka tabule skla). Převzato z publikace: Laufs W. Luible A.: Introduction on use of glass in modern building, překlad M. Eliášová, ISBN 80-01-02849-6.

Průběh napětí u hrany skla (- tlak, + tah, D - tloušťka tabule skla).
¤ Průběh napětí u hrany skla (- tlak, + tah, D - tloušťka tabule skla). Převzato z publikace: Laufs W. Luible A.: Introduction on use of glass in modern building, překlad M. Eliášová, ISBN 80-01-02849-6.

Samovolná exploze u tepelně tvrzeného skla

Samovolná exploze u tepelně tvrzeného skla může nastat tehdy, pokud je v hmotě skla přítomna inkluze sulfidu nikelnatého (dále jen NiS). Tato sloučenina ve skle vzniká při výrobě, kdy při tavení skla dochází ke smíchávání různých chemických látek. U běžného chlazeného skla float je tato sloučenina stabilní a za normálních podmínek použití ve stavebnictví nehrozí její aktivace vlivem změny teploty nebo tlaku vzduchu. U tepelně tvrzeného skla je situace jiná. Při výrobě dochází k rychlému zahřátí na bod měknutí a poté k řízenému ochlazení, kdy ve středu tabule skla vzniknou tahová a u povrchu tlaková napětí. Při tomto procesu se inkluze NiS stává nestabilní a při řízeném ochlazení se nestihne vrátit do svého stabilního stavu. To u ní způsobí přecitlivělost na změnu teploty nebo tlaku a hrozí, že svým rozpínáním nebo smršťováním způsobí vnitřní mikrotrhliny, které oslabí povrchovou tlakovou zónu, a nastane exploze tepelně tvrzeného skla. K těmto explozím dochází nejčastěji do dvou let od výroby, pak riziko klesá, ale neztratí se.
V praxi může samovolná exploze způsobit vážně škody na majetku nebo psychice osob. Nedávným případem byla exploze skleněných dveří od sprchového koutu, kde rodiče sprchovali své roční dítě.

Rozdělení tepelného předpětí v blízkosti vrtaného otvoru (hrany skla).
¤ Rozdělení tepelného předpětí v blízkosti vrtaného otvoru (hrany skla). Převzato z publikace: Laufs W. Luible A.: Introduction on use of glass in modern building, překlad M. Eliášová, ISBN 80-01-02849-6.

Optická deformace

Optickou deformací tepelně tvrzeného skla je myšleno zdeformování obrazu, který vidíme při odrazu nebo při průchodu viditelného světla. Těchto efektů se dobře využívá v zrcadlovém bludišti, ale ve stavebnictví působí vždy rušivě a jsou častým sporem při řešení reklamací, jelikož neuniknou zraku žádného zákazníka. Tyto optické deformace jsou z 90 % způsobeny samotnou podstatou výroby nebo neodbornou montáží. Častou optickou deformací je tzv. válečková vlna, která vzniká při procesu tepelného tvrzení. Sklo se v peci pohybuje po speciálních válečcích, a protože je ohřáté na teplotu měknutí, dochází v závislosti na rozměru a jeho tloušťce k vytvoření mírného zvlnění (otlačení válečků) do jeho rovného povrchu.
V praxi je třeba s těmito deformacemi počítat již v samotném návrhu a vyhodnotit, zda nebudou mít negativní vliv na celou estetiku objektu, popřípadě by měly být na všech tabulích skla stejné.

Charakteristický průběh prasklin při velkém přítlaku kotvicího bodu do skla
¤ Charakteristický průběh prasklin při velkém přítlaku kotvicího bodu do skla

Dovolené celkové nebo místní prohnutí

Počáteční, resp. výchozí dovolené celkové nebo místní prohnutí v ploše skla je přesně definováno v normě ČSN EN 12150-1 – Sklo ve stavebnictví – Tepelně tvrzené sodnovápenatokřemičité bezpečnostní sklo – Část 1: Definice a popis.
Ze samotné podstaty procesu tvrzení není možné získat výrobek tak rovinný jako chlazené sklo. Rozdíl závisí na jmenovité tloušťce, rozměrech a poměru mezi rozměry. Z tohoto důvodu může dojít k deformaci známé jako celkové prohnutí. Deformace se musí měřit podél hran skla a podél úhlopříček jako maximální vzdálenost mezi přímým kovovým pravítkem nebo napnutým drátem a konkávním povrchem skla. Hodnota počátečního prohnutí je pak vyjádřena jako deformace (v milimetrech), dělená příslušnou měřenou délkou hrany skla nebo úhlopříčky (v milimetrech). Celkové prohnutí tepelně tvrzeného sodnovápenatokřemičitého skla, které bylo tvrzeno pomocí horizontální technologie, může být u skla 0,003 mm/1 mm. Místní prohnutí 0,5 mm/300 mm.
Například: Tabule skla o délce hrany 3030 mm může mít prohnutí maximálně 0,003x3030 = 9,09 mm.

Dalším možným prohnutím může být prohnutí způsobené od zatížení, popřípadě vlastní tíhy. Tato prohnutí lze vypočítat a v projektové dokumentaci se s nimi může již při návrhu počítat.

Například: U tabule skla, která byla vystavená tlaku větru nebo opírajících se osob, se sklo prohne, a protože je pružné, opět se vrátí zpět. Díky setrvačnosti dojde při návratu do původního stavu k opačnému prohnutí ve směru působení sil – tzv. kmitání. Jelikož tepelně tvrzená skla mají zvýšenou pevnost, může docházet k poměrně velkým průhybům bez porušení (prasknutí), a to v závislosti na tuhosti tabule.

Pozor: v případě, že dvě tabule skla uložíte vedle sebe způsobem, že jedna bude konvexně a druhá konkávně prohnutá, může jen díky technologii výroby vzniknout rozdíl mezi hranami.
Například: U tabule skla o délce hrany 3030 mm až 2x9,09 mm = 18,18 mm.
Tepelně tvrzené sklo může mít i místní prohnutí, které je v normě povolené až na hodnotu 0,5 mm na délce 300 mm.

Při samovolném praskutí jedné z tabulí skla vlivem přítomnosti NiS došlo k deformaci - nevyhovující konstrukce zábradlí
¤ Při samovolném praskutí jedné z tabulí skla vlivem přítomnosti NiS došlo k deformaci - nevyhovující konstrukce zábradlí

Estetické vady

Estetické vady v podobě anizotropie nebo vtisků do povrchu skla jsou neodstranitelnou vadou a je třeba s nimi počítat, tak jako s přítomností NiS, optickou deformací a prohnutím skla.
Anizotropie je jev, který se dá nazvat jako stopy po procesu tepelného tvrzení. Tyto stopy lze sledovat jen za určitých světelných podmínek, především v tzv. reflexním – Brewsterově úhlu (při tomto úhlu se stává odražené viditelné světlo polarizovaným). Většinou jsou vidět slabé barevné skvrny a pruhy, které jsou způsobeny procesem chlazení skla. Tyto esteticky nepěkné skvrny lze spatřit nejen při pohledu skrz zasklení, ale i při reflexi odraženého spektra viditelného světla. Nejlépe je můžeme vidět pod úhlem 56º (Brewsterův úhel) nebo pomocí polarizačních brýlí.

Anizotropie v podobě svislých pruhů a válečková vlna v odrazu obrazu
¤ Anizotropie v podobě svislých pruhů a válečková vlna v odrazu obrazu

Technologické chyby výroby

Pro výrobce výrobků ze stavebního skla platí nejen národní zákony, ale i evropské směrnice (89/106/EEC) a příslušné harmonizované normy týkající se tepelně tvrzeného bezpečnostního skla:

  • ČSN EN 12150-1 – Sklo ve stavebnictví – Tepelně tvrzené sodnovápenatokřemičité bezpečnostní sklo – Část 1: Definice a popis;
  • ČSN EN 12150-2 – Sklo ve stavebnictví – Tepelně tvrzené sodnovápenatokřemičité bezpečnostní sklo – Část 2: Hodnocení shody/Výrobková norma.

Požadavky zákazníků na estetiku vrstveného bezpečnostního skla jsou čím dál více náročnější a již jen málokdo si dokáže představit nerovnou hranu vrstveného skla nebo přesahy jedné z tabulí spolu s vyčnívající fólií. Velkým trendem současné doby je broušení vrstveného bezpečnostního skla z tepelně tvrzeného skla po procesu vrstvení. Norma ČSN EN 12150-1 v kapitole 7.1 udává: UPOZORNĚNÍ – U tepelně tvrzeného sodnovápenatokřemičitého bezpečnostního skla by po tvrzení nemělo být prováděno řezání, řezání pilou, vrtání, nebo opracování hran.
Samotná podstata tepelného tvrzení je jakousi alchymií a není známo, proč některé sklo praskne již při tepelném tvrzení, některé při chlazení a některé až při převozu na stavbu. Vždy je kvalita a míra tvrzení závislá na kvalitě hmoty skla, stavu povrchu a kvalitě opracování hran. Proto pokud se tepelně tvrzené sklo brousí i po procesu tepelného tvrzení, snižuje se nejen jeho povrchové tlakové napětí, ale i jeho pevnost v tahu za ohybu.
V praxi se setkáme s broušenými hranami po vrstvení v místech, kde jsou kladeny vysoké požadavky na estetiku hrany skla. Jsou to samonosná zábradlí, která mají plnit nejen bezpečnostní funkci proti poranění, ale musí mít i zbytkovou stabilitu po rozbití. Tyto konstrukce se stávají nebezpečným stavebním prvkem bez předvídatelných statických vlastností.

Chybně označené tepelně tvrzené sklo, ve značce chybí výrobce
¤ Chybně označené tepelně tvrzené sklo, ve značce chybí výrobce

Právní předpisy

Protože se tepelně tvrzené sodnovápenatokřemičité bezpečnostní sklo vyznačuje charakteristickými vlastnostmi bezpečnostního stavebního prvku, je zákonem stanoveno, že certifikovaný výrobce tepelně tvrzeného sodnovápenatokřemičitého bezpečnostního skla je povinen produkt označit v souladu s článkem 10 normy ČSN EN 12150-1:2000: Tepelně tvrzené sodnovápenatokřemičité bezpečnostní sklo odpovídající normě ČSN EN 12150-1 musí být označeno trvalou značkou. Označení musí uvádět následující informace:
– název a obchodní značku výrobce;
– číslo evropské normy: EN 12150.

Tato evropská opatření se zavedla z důvodu volného přechodu hranic členů EU za účelem ochrany spotřebitele a stanovení předepsaných vlastností výrobků ve stavebnictví na základě mandátu M/135 uděleného CEN Evropskou komisí a Evropským sdružením volného obchodu.
V praxi se kvalita a splnění předepsaných vlastností tepelně tvrzeného skla prokazuje:
– EC – prohlášením shody;
– označením trvalou značkou dle článku 10 normy ČSN EN 12150-1: 2000;
– CE – štítkem dodaného výrobku;
– předložením protokolů zkoušek podle EN 12150, část 2.

Pokud je výrobek řádně označen a výše uvedená dokumentace je předložena s pozitivním výsledkem, není třeba mít pochybnosti o důvěryhodnosti výrobce ani o samotném systému kvality výroby tepelně tvrzeného sodnovápenatokřemičitého bezpečnostního skla.
V případě neprokázání požadované dokumentace má objednatel nárok na výměnu skla v celém rozsahu předmětné zakázky. Tyto případy by se dále měly řešit v rámci národní obchodní inspekce (v ČR Česká obchodní inspekce).

Vhodné použití tepelně tvrzeného bezpečnostního skla

V žádné normě nelze nalézt návody a postupy, kdy je vhodné použít tepelně tvrzené sklo a proč je pro danou aplikaci nejlepší. Nejčastějším omylem při návrhu tepelně tvrzeného skla je domněnka, že má větší pevnost proti poškrábání a menší průhyb než klasické chlazené sklo float.
Vhodné použití tepelně tvrzeného skla:

  • jako bezpečnostního skla proti poranění;
  • v případě, že jsou kladeny vyšší nároky na pevnost v tahu při ohybu (nosné vrtané otvory, boční nárazy, riziko padání předmětů – pochůzné plochy, přírodní vlivy – kroupy, riziko padání zmrzlého sněhu);
  • zvýšené riziko tepelného šoku;
  • při dlouhodobém zatížení (nosné podložky nadlimitních tabulí skla působí na spodní hranu silou, která je rovna váze cele zasklívací jednotky dělené dvěma).

Tepelně tvrzené sklo má své specifické vlastnosti, výhody a nevýhody. Již při samotném navrhování musí projektant uvažovat nad možnými skrytými riziky, která by mohla znehodnotit velkou část projektu a způsobit spory a nepříjemné reklamace.

Použitá literatura:
[1] www.glassfiles.com
[1] ČSN EN 12150-1: 2000


Lektor článku: prof. Ing. Jindřich Melcher, DrSc. Fakulta stavební VUT v Brně



Licence Creative Commons

www.casopisstavebnictvi.cz, jejímž autorem je EXPO DATA spol. s r.o.,
podléhá licenci Creative Commons Uveďte autora- Neužívejte dílo komerčně-Nezasahujte do díla 3.0 Unported .

RSS | EXPO DATA spol. s r.o., Výstaviště 1, 648 03 Brno
Líbí se nám: Vše o stavbách a architektůře najdete na 4stav.cz. Použité stroje jako brusky, lisy a jiné naleznete na AKKstroje.cz. Studijní materiály nejen o stavebnictví, ale i strojírenství a zeměpis najdete na Škola, studium, wiki. Pomozte klikem, udělejte dobrou věc a přečtěte si v magazínu nejen o životním stylu.
© 2007