Calculul sticlei structurale: Necesitate sau moft?

De ce inginerii proiectanți de structuri nu mai pot ignora sticla ca material structural

În ultimele decenii, sticla a depășit statutul de simplu material de închidere arhitecturală și a devenit un material structural cu rol critic în siguranța construcțiilor. Fațadele suspendate, balustradele, scările, nervurile din sticlă, pereții de compartimentare și vitrinele comerciale sunt astăzi solicitate la vânt, impact, variații termice și, în zonele seismice, la deplasări laterale semnificative.

Cu toate acestea, în practica curentă, proiectarea sticlei este încă abordată frecvent prin reguli empirice, tabele orientative sau prin delegarea responsabilității către furnizori. Această discrepanță dintre complexitatea reală a comportării mecanice a sticlei și modul în care este tratată în proiectare conduce la o întrebare legitimă pentru inginerul structurist:

Este calculul sticlei structurale o necesitate reală sau doar o complicație inutilă?

Prezentarea înregistrată integrată mai jos răspunde acestei întrebări dintr-o perspectivă tehnică completă: normativă, mecanică, numerică și experimentală.

Presiunea normativă: sfârșitul abordării „după experiență”

Sursă: DIBt – Eurocode Conference | Berlin | 24.05.2023 – Design of glass structures – Markus Feldmann

Unul dintre cele mai puternice argumente în favoarea calculului riguros al sticlei este evoluția cadrului legislativ și normativ. La nivel european și național, sticla nu mai este considerată un element nestructural fără responsabilitate inginerească.

Documente de referință precum:

• SR EN 16612 – determinarea prin calcul a rezistenței panourilor de sticlă la sarcini laterale

• SR EN 16613 – caracterizarea viscoelastică a foliilor intermediare

• SR CEN/TS 19100 (părțile 1–3) – baza viitorului Eurocod pentru structuri din sticlă (Eurocod 10)

• Indicativul C47/2022 (România)

impun explicit:

• verificări la ULS și SLS;

• considerarea neliniarității geometrice;

• modelarea corectă a reazemelor, marginilor și modului de transmitere a încărcărilor;

• asumarea responsabilității de către proiectant pentru soluția finală.

Pentru inginerul structurist, mesajul este clar:sticla nu mai poate fi „verificată ulterior” sau lăsată exclusiv în sarcina producătorului.

Comportarea mecanică a sticlei: de ce analogia cu oțelul este periculoasă

Din punct de vedere mecanic, sticla este un material elastic, casant și lipsit de ductilitate. Deși rezistența teoretică la întindere este foarte mare, comportarea reală este controlată de:

• defecte de suprafață și muchii;

• concentratori locali de efort;

• durata încărcării și efecte termice;

• comportarea dependentă de timp a foliilor din sticla laminată.

Un aspect esențial subliniat în prezentare este faptul că analiza liniară de ordinul I poate conduce la rezultate nerealiste, în special pentru panouri subțiri cu săgeți mari de deformare. În aceste situații:

• eforturile sunt redistribuite prin efecte de membrană;

• calculul geometric neliniar conduce la rezultate mai apropiate de comportarea reală;

• proiectarea devine mai sigură și, adesea, mai eficientă economic.

Pentru inginerii familiarizați cu plăci și shell-uri, aceste concepte nu sunt noi — însă aplicarea lor sistematică la sticlă este încă insuficient exploatată.

Rezultate calcul liniar geometric (stânga) vs calcul neliniar geometric (dreapta)

Sticla în zone seismice: fragilitate aparentă vs. comportare reală

În mod tradițional, sticla este percepută ca fiind extrem de vulnerabilă la acțiuni seismice. Cercetările experimentale și studiile de caz prezentate demonstrează însă că:

• pereții și parapetele din sticlă laminată pot accepta deplasări laterale mult peste limitele SLS;

• chiar și în starea limită ultimă, integritatea elementului este menținută prin laminare;

• soluțiile corecte de prindere (mecanice sau cu silicon structural) pot asigura un comportament robust.

Rezultatul este un mesaj important pentru practica inginerească:sticla poate avea un comportament seismic foarte bun, dar numai dacă este proiectată ca element structural, nu ca finisaj.

Calcul, software și rolul inginerului structurist

Complexitatea actuală a cerințelor face ca, în multe aplicații, calculul manual să nu mai fie suficient. Analiza cu element finit, combinată cu verificări automate conform standardelor europene, devine o unealtă esențială.

Instrumentele moderne permit:

• analize neliniare de tip shell;

• verificări conforme cu SR EN 16612 și DIN 18008;

• evaluarea grosimii echivalente pentru sticlă laminată;

• integrarea sticlei în modele structurale globale.

Astfel, proiectarea sticlei nu mai este un domeniu „exotic”, ci o extensie firească a mecanicii structurilor cunoscute de inginerii structuriști.

▶ Urmăriți prezentarea completă mai jos:

„Calculul sticlei structurale: necesitate sau moft?”

În contextul arhitecturii contemporane și al normativelor actuale, proiectarea sticlei structurale nu mai este o opțiune — ci o competență necesară pentru inginerul structurist modern.