IL VETRO STRUTTURALE LEZIONE 2

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1 IL VETRO STRUTTURALE LEZIONE 2 Corso di Progetto e Riabilitazione Strutturale I Prof. Maurizio Orlando aa 2010/11

2 RIASSUNTO 2

3 FATTORI CHE INFLUENZANO LA RESISTENZA PRESENZA DI LESIONI E SCALFITTURE (ANCHE NON VISIBILI) NATURA E DURATA DEI CARICHI CONDIZIONI AMBIENTALI EFFETTI DELLE LAVORAZIONI DI TEMPERA PRESENZA DI STRATI INTERCALARI (VETRI STRATIFICATI) EFFETTI DI ALTRE LAVORAZIONI (SMALTATURA, BORDI, ETC.) 3

4 DIFFICOLTÀ PER IMPIEGHI STRUTTURALI FRAGILITÀ SCARSA RESISTENZA A TRAZIONE SENSIBILITÀ ALLA CONCENTRAZIONE DELLE TENSIONI SENSIBILITÀ ALLA PRESENZA DI DIFETTI DIFFICOLTÀ DI INTERFACCIARSI CON ALTRI MATERIALI 4

5 PROGETTAZIONE DI ELEMENTI DI VETRO 5

6 ROTTURE ACCIDENTALI URTI CONTRASTO TERMICO INCLUSIONI DI SiS 6

7 ROTTURE ACCIDENTALI CONTRASTO TERMICO Esempio di lesione da contrasto termico LA RESISTENZA AI CONTRASTI TERMICI VARIA TRA UN MINIMO DI ~25 C PER UN VETRO FLOAT A 200 C PER UN VETRO TEMPERATO 7

8 ROTTURE ACCIDENTALI INCLUSIONI Inclusioni di NiS GLI EFFETTI POSSONO ESSERE LIMITATI CON TRATTAMENTI HST 8

9 CRITERI DI PROGETTAZIONE PER IL VETRO PROGETTAZIONE PRESTAZIONALE (RICE & AL.) SAFE-LIFE VS FAIL-SAFE 9

10 ASPETTI SALIENTI: GERARCHIA: PROGETTAZIONE FAIL-SAFE ORGANIZZAZIONE DELLA STRUTTURA IN BASE ALL IMPEGNO STRUTTURALE RIDONDANZA: PIU ELEMENTI CONCORRONO ALLA MEDESIMA FUNZIONE STRUTTURALE ROBUSTEZZA: LIMITAZIONE DELLA PROPAGAZIONE DEL DANNO 10

11 PROGETTAZIONE FAIL-SAFE - ESEMPIO 1. LA ROTTURA DELL ELEMENTO NON DEVE PORTARE AL COLLASSO COMPLETO DELLA STRUTTURA 2. NON CI DEVONO ESSERE RISCHI DI FERITE PER GLI UTENTI Esempio progettazione fail-safe 11

12 PROGETTAZIONE FAIL-SAFE - GERARCHIA CONOSCENZA ACCURATA DELL EFFETTIVO IMPEGNO STRUTTURALE DEGLI ELEMENTI E DEI PERCORSI DEI CARICHI. POSSIBILITÀ DI ADOTTARE COEFFICIENTI DI SICUREZZA DIVERSI 12

13 PROGETTAZIONE FAIL-SAFE - RIDONDANZA REALIZZAZIONE DI MECCANISMI RESISTENTI IN PARALLELO, PIÙ ELEMENTI CONCORRONO ALLA MEDESIMO FUNZIONE. NEL VETRO, AD ESEMPIO, SI PUÒ ADOTTARE LA STRATIFICAZIONE E L USO DI LASTRE SACRIFICIALI È IMPORTANTE VALUTARE I POSSIBILI SCENARI DI CRISI Esempio di ridondanza strutturale 13

14 PROGETTAZIONE FAIL-SAFE - ROBUSTEZZA CAPACITÀ DI EVITARE UN COLLASSO SPROPORZIONATO DI UN SISTEMA STRUTTURALE; OSSIA EVITARE CHE IL DANNO FINALE SIA MOLTO PIÙ GRANDE DEL DANNO INIZIALE DOVUTO AD UN AZIONE CHE HA AGITO SU UNA PORZIONE LIMITATA DELLA STRUTTURA 14

15 CRITERI DI VERIFICA 15

16 IL METODO DELR È UN METODO F.O.R.M. CHE È COMPATIBILE CON GLI EUROCODICI. UNA VOLTA DETERMINATE LE SOLLECITAZIONI E LE TENSIONI RESISTENTI SI UTILIZZA IL CRITERIO DI RANKINE PER LE VERIFICHE DI SICUREZZA È ALLA BASE DI ALCUNE NORMATIVE EUROPEE LA TENSIONE RESISTENTE È COEFFICIENTI PARZIALI CORRETTA CON OPPORTUNI σ max,e α σ σ R, f, A 0, k V, k ( q, σv ) α( A1 ) α( t ) α( Sv ) γ M, A γ M, V + σ 16

17 ITALIA: QUADRO NORMATIVO NON ESISTE UNA NORMATIVA SPECIFICA AGGIORNATA. ESISTONO LA UNI E LA UNI (VALIDE PER FACCIATE, IMPOSTAZIONE ALLE TENSIONI AMMISSIBILI). UTILE LA UNI ALTRI PAESI: ALTRI PAESI EUROPEI E NON SI SONO DOTATI DI SPECIFICHE NORMATIVE: FRANCIA, GERMANIA, AUSTRIA, INGHILTERRA, STATI UNITI, AUSTRALIA, GIAPPONE, ETC. EUROPA: BOZZA pren SARÀ PROBABILMENTE SOSTITUITA DA UN OPPORTUNO EUROCODICE. 17

18 PrEN GLASS IN BUILDING - DETERMINATION OF THE STRENGTH OF GLASS PANES STATI LIMITE ULTIMI F n d, SLU = γg G " + " γq Qk, " + " 1 γq ψ 0, i i = 2 Q k, i I COEFFICIENTI PARZIALI DIPENDONO DALLA GERARCHIA STRUTTURALE 18

19 STATI LIMITE DI ESERCIZIO PrEN n F d, SLE = G " + " ψ 1 Qk, " " 1 + ψ2, i Q k, i i = 2 LIMITI PER LA FRECCIA: 1/65 DELLA LUCE 50mm 19

20 PrEN TENSIONE RESISTENTE: f g, d = k mod γ k sp M, A f g, k + k V ( f f ) b, k γ M, V g, k I FATTORI DIPENDONO DAL TIPO DI VETRO E DAL TRATTAMENTO TERMICO k = 0663, t mod

21 PrEN ALTRE INDICAZIONI: INDICAZIONE PER IL CALCOLO DEI VETRI STRATIFICATI (CALCOLO DELLO SPESSORE EQUIVALENTE) INDICAZIONE PER I VETRICAMERA (CALCOLO DEGLI EFFETTI DEI CARICHI CLIMATICI E RIPARTIZIONE DEI CARICHI) MANCANO INDICAZIONI PROGETTUALI UNIONI COMPORTAMENTO AL FUOCO, CARICHI SISMICI, ETC. 21

22 ESEMPIO DI CALCOLO Cfr. Cagnacci & al., Il vetro come materiale strutturale, ed. Polistampa, 2010, pp

23 SCELTA DEL TIPO DI VETRO ED UNIONI 23

24 TIPI DI VETRO CONSIGLIATI Applicazione Infissi senza rischio per caduta di frammenti all interno o all esterno e senza rischio di precipitazione e/o sfondamento Infissi o facciate con rischio per caduta di frammenti all interno o all esterno, ma senza rischio di precipitazione e/o sfondamento Infissi o facciate con rischio di precipitazione e/o sfondamento Esempi Finestre e facciate che si affacciano al piano terra poste ad almeno 1 m dal piano di calpestio Finestre e facciate che si affacciano sulla pubblica via (rischio esterno); Finestre e facciate poste a meno di 1 m dal piano di calpestio Tipo di vetro Vetricamera composte da vetri float monolitici Vetricamera formate da vetri float monolitici dal lato con danni trascurabili in caso di rottura e da vetri stratificati di sicurezza sul lato dove si vuole evitare caduta di frammenti Vetricamera formate da vetri stratificati di sicurezza

25 TIPI DI VETRO CONSIGLIATI - CONTINUA Applicazione Coperture su zone di transito Vetri orizzontali soggetti al transito o alla sosta di persone e cose Pareti divisorie con protezione contro la caduta Pareti divisorie senza protezione contro la caduta Esempi Lucernai, pensiline, etc. Lastre di solaio, pianerottoli e gradini di scale, passerelle, etc. Parapetti, balaustre, etc. Pareti di arredamento per open space, cabine doccia, etc. Tipo di vetro Vetricamera con vetro stratificato di sicurezza posto in basso e vetro temperato in alto oppure stratificato di sicurezza con vetri float, temperati o induriti a seconda dei casi Vetri stratificati di sicurezza composti da almeno tre strati di cui la lastra superiore con funzione sacrificale Vetri stratificati di sicurezza Vetri temperati singoli o float stratificati, a seconda dei casi

26 ESEMPI DI UNIONI - SIGILLATURA 1) Vetro monolitico 2) Vetro stratificato 3) Tassello del vetrocamera 4) Elemento di tenuta in plastica 5) Guarnizione di silicone 6) PVB 7) Intercapedine 26

27 ESEMPI DI UNIONI ROTULE E SPIDER Esempio di rotule (unioni articolate) e spider (braccetti) 27

28 ESEMPI DI UNIONI FACCIATA APPESA 28

29 SPERIMENTAZIONE PRESSO IL NOSTRO DIPARTIMENTO 29

30 IL VETRO STRUTTURALE PROVE SU VETRI STRATIFICATI SCHEMA PROVA SCALA 1:10 8) Carico 3) Traverso di carico F 5) Rullo di carico 6) Strato di gomma 1) Campione 7) Pellicola adesiva 6) Strato di gomma 4) Rullo di supporto 2) Supporto 200± ±2.0 Allestimento prova a flessione su 4 punti 30

31 IL VETRO STRUTTURALE PROVE SU VETRI STRATIFICATI Strumenti di misura 31

32 PROVE SU VETRI STRATIFICATI monolitiche laminate Accoppiate corrette accoppiate semplici 32

33 PROVE SU TRAVI DI VETRO RINFORZATE 33

34 PROVE SU TRAVI DI VETRO RINFORZATE 34

35 PROVE SU TRAVI DI VETRO RINFORZATE 35

36 PROVE SU TRAVI DI VETRO RINFORZATE Dettaglio barra rotta al termine della prova 36

37 PROVE SU PVB 37

38 BIBLIOGRAFIA 1/3 IL VETRO CARATTERISTICHE DEL MATERIALE ED IMPIEGHI STRUTTURALI E. Cagnacci & al., Il vetro come materiale strutturale, Ed. Polistampa, C. Schittich & al., Atlante del vetro in Grandi atlanti di architettura, Ed. UTET Scienze Tecniche, C. Schittich & al., Glass Construction Manual, Ed. Birkhäuser Architecture, 20032, (versione aggiornata di b). P. Rice e H. Dutton, Il vetro strutturale in Architettura tematica, Ed. Tecniche Nuove, E. Re, Trasparenza al limite. Tecniche e linguaggi per un'architettura del vetro strutturale in I materiali dell'architettura, Ed. Alinea, St. Gobain Manuale del vetro, Ed. St. Gobain, 2007 (disponibile on-line: PER APPROFONDIRE M. Haldimann &al. Structural use of glass, Ed. IABSE-AIPC-IVBH, 2008 AA. VV., Structural use of glass Ed. The Institution of Structural Engineers (ISE),

39 BIBLIOGRAFIA 2/3 SCIENZA DEI MATERIALI - MECCANICA DELLA FRATTURA J. C. Anderson & al. Scienza dei materiali, Ed. Sansoni, 1980 T. L. Anderson, Fracture Mechanics. Fundamentals and applications Ed. CRC Press, G. Alpa e A. Carpinteri, Meccanica dei materiali e della frattura, Ed. Pitagora, TESI DI LAUREA (consultabili in biblioteca di Ingegneria) L. Lani, Il vetro strutturale ed il suo impiego in attraversamenti pedonali: proposta per una passerella pedonale a Firenze, E. Cagnacci, Manufatti innovativi in vetro strutturale impegnati a flessione. Studio di applicabilità per una passerella pedonale, A. Bati, Manufatti innovativi in vetro strutturale: progetto applicativo ad una passerella pedonale, M. L.Pecora, Elementi portanti in vetro strutturale rinforzati con barre in FRP: proposta di progetto per la facciata della banca del valdarno, S. Miceli, Progetto architettonico e strutturale dell'ex area Petrelli-Chelazzi a Compiobbi (FI),

40 BIBLIOGRAFIA 3/3 TESI DI LAUREA (CONTINUA) B. Laganà, Travi di vetro rinforzate con FRP: indagine sperimentale ed applicazione progettuale, R. Foconi, Elementi di vetro stratificato: analisi del comportamento strutturale ed applicazione al progetto di una facciata, G. Ermini e F. Mini, Progettazione integrata di un centro culturale per il restauro a Chianciano Terme, RISORSE IN RETE GlassFiles.com, GlassOnWeb, Vetrostrutturale, (ditta specializzata in strutture di vetro). Sadev, (rotule, sistemi per facciate). Logli, (rotule, sistemi per facciate). Metra, (profilati in alluminio). 40