Newsletter

Login Form



Czytaj także -

Aktualne wydanie

2017 3 okładka

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 2aEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

 

 

baner mochnik colorimo 750X100

 

 

lisec SS FastLAne

 

 

 

 

Szkło laminowane kontra materiały wybuchowe
Data dodania: 27.04.13

 

Na całym świecie wzrasta potrzeba bezpieczeństwa ze względu na powiększającą się ilość ataków terrorystycznych. Wywołuje to również potrzebę nowego spojrzenia na fasady, okna i konstrukcje przeszklone. Poniżej został zamieszczony przegląd aktualnych wymagań dotyczących oszklenia odpornego na wybuch i przykłady odpowiednich realizacji.

 

Co musi wytrzymać szklana fasada, aby przetrwać zamach bombowy? 
W przeciwieństwie do szkła kuloodpornego i antywłamaniowego, których klasyfikacja normowa może być bezpośrednio odniesiona jako wymagania zawarte w projektach, to w przypadku przeszkleń w odpornych na eksplozje często potrzebne są szczegółowe wymagania odnoszące się do konkretnego budynku.


Eksplozja tworzy falę uderzeniową, która rozchodzi się w przestrzeni i czasie od miejsca powstania detonacji. Kierunek fali uderzeniowej w danym punkcie można opisać na podstawie tzw. krzywej idealnej Friedlandera (rys. 1) [1].


Do scharakteryzowania fal uderzeniowych w obowiązujących przepisach stosuje się Pmax (maksymalną wartość ciśnienia na czole fali uderzeniowej) i t+ (czas trwania dodatniej fazy impulsu ciśnienia). Ujemna faza impulsu ciśnienia, która może być istotna dla zniszczenia przegrody szklanej, jest w przepisach zaniedbywana.


Przez symulacje komputerowe lub badania empiryczne można, zaczynając od określonej masy materiałów wybuchowych (TNT) wybuchającej w określonej odległości od chronionego obiektu, określić wielkości tych dwóch parametrów.

 

17-fot1

Rys. 1. Krzywa Friedlandera opisuje klasyczną funkcję ciśnienia od czasu, wyrażoną przez wzór

17-fot1a


p+ - maksymalna wartość ciśnienia na czole fali
podmuchowej,
p0 - wartość ciśnienia niezaburzonego ośrodka,
p- - minimalna wartość ciśnienia w fali podmuchowej,
t0 - moment rejestracji czoła fali podmuchowej,
τ+ - czas trwania dodatniej fazy impulsu ciśnienia,
τ- - czas trwania ujemnej fazy impulsu ciśnienia

 


Celem stosowania szyb odpornych na wybuch jest zapobieganie przenikania fali uderzeniowej do obszaru chronionego oraz powstawaniu odłamków potłuczonego szkła w pomieszczeniu chronionym.

 

Stłuczenie szkła jest jednak dopuszczalne, a nawet pożądane, ponieważ część energii zostaje „zużyta” na zbicie i odkształcenie tafli szklanej, a więc otrzymuje się strukturę obniżającą ciśnienie fali uderzeniowej.


Zastosowanie bezpiecznego szkła laminowanego spełnia minimalne wymagania techniczne. Dlatego, przykładowo, prosta szyba laminowana VSG składająca się z dwóch tafli szkła float o grubości 6 mm i przekładki z folii PVB grubości 0,76 mm, pozwala spełnić już minimalne wymagania normowe.


Dla większych obciążeń, stosowane są różne rozwiązania techniczne. Po pierwsze, wielowarstwowa struktura szkła laminowanego, złożona z wielu tafli powoduje korzystniejsze zachowanie po rozbiciu i pochłania więcej energii w czasie zniszczenia. Co najmniej równie ważne jest uwzględnienie wpływu ramy mocującej i podkonstrukcji montażowej na wielkość rozpraszanej energii. Konieczna jest więc analiza całej fasady jako kompletnego systemu.

 

17-fot2

Rys. 2. Szkło laminowane VSG po badaniach z rurą detonacyjną [8]

 

Fasady z podkonstrukcją linową są dobrze przystosowane do rozpraszania energii fali uderzeniowej, np. przez duże odkształcenia systemu linowych podparć możliwe jest niwelowanie krótkotrwałych, maksymalnych podmuchów fali uderzeniowej [14]. Rozwiązania te są określane pojęciem „projektowanie zrównoważone”.


Poza kawałkami stłuczonego szkła, które muszą pojawić się, gdy rozrywane są przekładki foliowe w szkle laminowanym VSG, projekt musi zabezpieczać przed „wypchnięciem” szkła laminowanego z uchwytów mocujących. Skutecznym sposobem jest klejenie szkła z ramą lub zaciskami mocującymi.


Aktualne wymagania
Jak wspomniano, w przypadku oszklenia odpornego na eksplozje są zazwyczaj określane specyficzne wymagania podawane w projekcie konkretnego budynku i przedstawiane są przez grupę odpowiednich specjalistów, określających scenariusze zagrożeń prowadzących do eksplozji materiałów wybuchowych.


Eksplozja powoduje powstawanie obciążeń działających na budynek i na oszklenie w tym budynku. Parametrami w takiej analizie jest masa materiału wybuchowego (ekwiwalent TNT) i odległość miejsca wybuchu od budynku.


Wymagania w ostatnich latach znacząco wzrosły. Często są to dziś ładunki równe masie od 100 do 500 kg TNT, które są rozmieszczone w odległości określonej w dodatkowym projekcie określającym sposoby usuwania zagrożeń terrorystycznych. Ponieważ odległość w trzeciej potędze wpływa na wielkość maksymalnego nadciśnienia fali uderzeniowej docierającej do obiektu, wzrost odległości od budynku do miejsca możliwej eksplozji jest niewątpliwie najbardziej skutecznym sposobem zmniejszania skutków eksplozji, ale nie zawsze jest to możliwe, jak na przykład w centrach miast.


Przykładowo eksplozja ładunku 500 kg TNT w odległości 20 m od obiektu wywołuje maksymalne ciśnienie fali uderzeniowej około 530 kPa, i całkowity impuls 2200 kPams, które wykraczają daleko poza wymagania określone wg EN 13541.


Ponadto, ponieważ geometria (wymiary, kształt) użytego szkła różni się od próbek testowych przyjętych w normach lub symulacjach komputerowych [13, 15], ostatecznie do uzyskania świadomości pełnego bezpieczeństwa potrzebne są dodatkowe, często bardzo kosztowne badania eksperymentalne, przeprowadzane na faktycznie wykorzystywanych elementach fasady, łącznie z konstrukcją montażową.


Przepisy i metody badań
Europejskie przepisy dotyczące wyrobów chroniących przed skutkami eksplozji materiałów wybuchowych, jak również próbom ostrzału i włamań, odróżniają samo szkło (jako prosty materiał budowlany – EN 13541 [2]), od okna, w którym szkło w połączeniu z towarzyszącą konstrukcją szkieletową uważane jest za typ wyrobu projektowanego (EN 13123 [3, 4], EN 13124 [5, 6)].


Inna różnica dotyczy procedury testowania. W doświadczeniach poligonowych rzeczywiste materiały


wybuchowe detonowane są w określonych odstępach czasu. Test ten odzwierciedla scenariusz zastosowania bomby walizkowej. Druga metoda badania polega na wygenerowaniu w rurze detonacyjnej – lub podobnym urządzeniu – płaskiej fali uderzeniowej, która przedstawia wpływ dużej eksplozji wywołanej w większej odległości [7]. Norma EN 13541 [2] przewiduje tylko test z zastosowaniem rury detonacyjnej. Szyby zamontowane są określonych ramach z elementami dociskającymi rozmieszczonymi na krawędziach (50 mm szerokość obrzeża) i poddane działaniu fali uderzeniowej.


Wynik testu jest pozytywny, jeżeli nie ma otworów lub powstały małe pęknięcia. Określenie czy powstały odpryski szkła nie jest obowiązkowe. Określenie „odpryski“ szkła zostało zdefiniowane po raz pierwszy w poprawkach do normy z roku 2012. Pęknięcia spowodowane falą uderzeniową były w badaniach bardziej analizowane niż powstawanie odprysków szklanych. Rys. 2 przedstawia szkło laminowane po badaniach z rurą detonacyjną.

 

17-fot3

Rys. 3. Ocena zagrożeń z wykorzystaniem badań wg norm ISO 16933 i ISO 16934


Oprócz norm przyjętych w UE są też międzynarodowe normy dotyczące metod badań i klasyfikacji oszklenia odpornego na detonację materiału wybuchowego. W nich jest również rozróżnienie między badaniami poligonowymi (ISO 16933 [9]) oraz badaniami z użyciem rury detonacyjnej (ISO 16934 [10]).


Ważną różnicą w stosunku do norm europejskich, jest to, że badanie prowadzone jest w kontenerze badawczym, ze ścianą wychwytującą odpryski szklane („panel dowodowy”), która pozwala na ocenę ryzyka zranieniem odpryskami szkła po chronionej stronie przegrody szklanej (rys. 3). Określenie „odprysk - odłamek szklany” jest zdefiniowane, a odłamki są mierzone i wskazywane jest też miejsce, gdzie się pojawiły, co jest wykazywane w wynikach badań i klasyfikacji oszklenia.


Badania są oparte na normach amerykańskich (ASTM C 1642/04 [11], GSA [12]), które zostały przyjęte na całym świecie jako standard. Europejskie normy nie oceniają ryzyka w ten sposób (także nowa wersja normy EN 13541 z 2012 r.). Ponadto ocena wpływu eksplozji na rzeczywiste okna i fasady jest często bardzo trudna, ponieważ do badania stosuje się szyby sztywno zamocowane i o standardowych wymiarach 1100x900 mm.


Perspektywy
Rosnące zapotrzebowanie na przegrody przeszklone odporne na eksplozję materiałów wybuchowych powoduje wzrost wymagań dotyczących szkła warstwowego. Tendencja ta będzie też kontynuowana w przyszłości.


Dla oceny rzeczywistej funkcji ochronnej stosowanego oszklenia stosowanie klasyfikacji według aktualnych norm jest tylko częściowo użyteczne. W celu zminimalizowania długotrwałych i kosztownych badań eksperymentalnych, odnoszących się do projektowanego konkretnego budynku, proponuje się zastosowanie symulacji komputerowych do przewidywania zachowań struktury fasady czy budynku. Do praktycznego wykorzystania tych propozycji brakuje jeszcze modeli materiałowych przekładek foliowych w szkle warstwowym oraz rzeczywistego zachowania pękającego szkła laminowanego.



prof. dr inż. Jens Schneider
TU Darmstadt.

inż. John Kuntsche
TU Darmstadt


Literatura
[1] M. Rutner, N. Gebbeken, R. Müller, M. Wagner: Stahlkonstruktionen unter Explosionsbeanspruchung (Konstrukcje stalowe pod obciążeniem eksplozją) w: „Stahlbau Kalender 2008“, U. Kuhlmann, Ed., ed Berlin: Ernst & Sohn, 2008
[2] EN 13541:2012 Szkło w budownictwie -- Bezpieczne oszklenia -- Badanie i klasyfikacja odporności na siłę eksplozji
[3] EN 13123-1:2002 Okna, drzwi i żaluzje -- Odporność na wybuch -- Wymagania i klasyfikacja -- Część 1: Rura uderzeniowa
[4] EN 13123-2:2004 Okna, drzwi i żaluzje -- Odporność na wybuch -- Wymagania i klasyfikacja -- Część 2: Próba poligonowa
[5] EN 13124-1:2002 Okna, drzwi i żaluzje -- Odporność na wybuch -- Metoda badania -- Część 1: Rura uderzeniowa
[6] EN 13124-2:2004 Okna, drzwi i żaluzje -- Odporność na wybuch -- Metoda badania -- Część 2: Próba poligonowa
[7] C. Kranzer, F. Landmann, and O. Zapfe: Prüfung und Klassifizierung von Bauelementen und Bauteilen auf Sprengwirkungshemmung und Feuerwiderstand, (Badania i klasyfikacja elementów budowlanych i ich elementów o zwiększonej odporności na eksplozje i na ogień) Bau-Protect 2, München, 2006
[8] C. Kranzer, G. Gürke, C. Mayrhofer, „Testing of Bomb Resistant Glazing Systems Experimental Investigations of the Time Dependent Deflection of Blast Loaded 7.5 mm Laminated Glass,“ Glass Processing Days, Tampere, 2005
[9] ISO 16933: Glass in building - Explosion-resistant security in glazing - Test and classification for arena air-blast loading, 2007
[10] ISO 16934: Glass in building - Explosion-resistant security in glazing - Test and classification by shock-tube loading, 2007
[11] ASTM Standard Test Method for Glazing and Glazing Systems Subject to Airblast Loadings, 2004
[12] GSA Standard Test Method for Glazing and Window Systems Subject to Dynamic Overpressure Loadings (GSA-TS01-2003), 2003
[13] M. Larcher, G. Solomos, F. Casadei, and N. Gebbeken, „Experimental and numerical investigations of laminated glass subjected to blast load,“ International Journal of Impact Engineering, vol. 39, pp. 42-50, Januar 2012 2012
[14] H. Schober, K. Kürschner, J. Schneider, and S. Justiz, „Innovative Applications of Glass in Structures,“ Glass Processing Days 2005, Tampere, Finnland, 2005
[15] S. Kolling; J. Schneider; N. Gebbeken; M. Larcher; C. Alter; J. Kuntsche: „Deformations- und Bruchverhalten von Verbundsicherheitsglas unter dynamischer Beanspruchung“ („Deformacja i zachowanie się pękniętego szkła laminowanego pod obciążeniem dynamicznym“), Stahlbau, Vol. 3, 2012, pp. 219-225

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

więcej informacj: Świat Szkła 3/2013

 

 

 

 

01 chik