IL VETRO STRUTTURALE LEZIONE 2 Corso di Progetto e Riabilitazione Strutturale I Prof. Maurizio Orlando aa 2010/11
RIASSUNTO http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 2
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.) http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 3
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 http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 4
PROGETTAZIONE DI ELEMENTI DI VETRO http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 5
ROTTURE ACCIDENTALI URTI CONTRASTO TERMICO INCLUSIONI DI SiS http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 6
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 http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 7
ROTTURE ACCIDENTALI INCLUSIONI Inclusioni di NiS GLI EFFETTI POSSONO ESSERE LIMITATI CON TRATTAMENTI HST http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 8
CRITERI DI PROGETTAZIONE PER IL VETRO PROGETTAZIONE PRESTAZIONALE (RICE & AL.) SAFE-LIFE VS FAIL-SAFE http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 9
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 http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 10
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 http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 11
PROGETTAZIONE FAIL-SAFE - GERARCHIA CONOSCENZA ACCURATA DELL EFFETTIVO IMPEGNO STRUTTURALE DEGLI ELEMENTI E DEI PERCORSI DEI CARICHI. POSSIBILITÀ DI ADOTTARE COEFFICIENTI DI SICUREZZA DIVERSI http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 12
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 http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 13
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 http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 14
CRITERI DI VERIFICA http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 15
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 http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 16
ITALIA: QUADRO NORMATIVO NON ESISTE UNA NORMATIVA SPECIFICA AGGIORNATA. ESISTONO LA UNI 7143-72 E LA UNI 6534-74 (VALIDE PER FACCIATE, IMPOSTAZIONE ALLE TENSIONI AMMISSIBILI). UTILE LA UNI 7697. 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 13474-3 SARÀ PROBABILMENTE SOSTITUITA DA UN OPPORTUNO EUROCODICE. http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 17
PrEN 13474-3 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 http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 18
STATI LIMITE DI ESERCIZIO PrEN 13474-3 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 http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 19
PrEN 13474-3 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 1 16 http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 20
PrEN 13474-3 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. http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 21
ESEMPIO DI CALCOLO Cfr. Cagnacci & al., Il vetro come materiale strutturale, ed. Polistampa, 2010, pp. 76-79 http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 22
SCELTA DEL TIPO DI VETRO ED UNIONI http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 23
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 http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci
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 http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci
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 http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 26
ESEMPI DI UNIONI ROTULE E SPIDER Esempio di rotule (unioni articolate) e spider (braccetti) http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 27
ESEMPI DI UNIONI FACCIATA APPESA http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 28
SPERIMENTAZIONE PRESSO IL NOSTRO DIPARTIMENTO http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 29
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±1.0 1000±2.0 Allestimento prova a flessione su 4 punti http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 30
IL VETRO STRUTTURALE PROVE SU VETRI STRATIFICATI Strumenti di misura http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 31
PROVE SU VETRI STRATIFICATI monolitiche laminate Accoppiate corrette accoppiate semplici http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 32
PROVE SU TRAVI DI VETRO RINFORZATE http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 33
PROVE SU TRAVI DI VETRO RINFORZATE http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 34
PROVE SU TRAVI DI VETRO RINFORZATE http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 35
PROVE SU TRAVI DI VETRO RINFORZATE Dettaglio barra rotta al termine della prova http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 36
PROVE SU PVB http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 37
BIBLIOGRAFIA 1/3 IL VETRO CARATTERISTICHE DEL MATERIALE ED IMPIEGHI STRUTTURALI E. Cagnacci & al., Il vetro come materiale strutturale, Ed. Polistampa, 2010. C. Schittich & al., Atlante del vetro in Grandi atlanti di architettura, Ed. UTET Scienze Tecniche, 1999. 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, 1991. E. Re, Trasparenza al limite. Tecniche e linguaggi per un'architettura del vetro strutturale in I materiali dell'architettura, Ed. Alinea, 1997. St. Gobain Manuale del vetro, Ed. St. Gobain, 2007 (disponibile on-line: http://it.saint-gobain-glass.com) 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), 1999. http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 38
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, 1995. G. Alpa e A. Carpinteri, Meccanica dei materiali e della frattura, Ed. Pitagora, 1992. 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, 2001. E. Cagnacci, Manufatti innovativi in vetro strutturale impegnati a flessione. Studio di applicabilità per una passerella pedonale, 2004. A. Bati, Manufatti innovativi in vetro strutturale: progetto applicativo ad una passerella pedonale, 2006. M. L.Pecora, Elementi portanti in vetro strutturale rinforzati con barre in FRP: proposta di progetto per la facciata della banca del valdarno, 2008. S. Miceli, Progetto architettonico e strutturale dell'ex area Petrelli-Chelazzi a Compiobbi (FI), 2009 http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 39
BIBLIOGRAFIA 3/3 TESI DI LAUREA (CONTINUA) B. Laganà, Travi di vetro rinforzate con FRP: indagine sperimentale ed applicazione progettuale, 2010. R. Foconi, Elementi di vetro stratificato: analisi del comportamento strutturale ed applicazione al progetto di una facciata, 2010. G. Ermini e F. Mini, Progettazione integrata di un centro culturale per il restauro a Chianciano Terme, 2011. RISORSE IN RETE GlassFiles.com, http://www.glassfiles.com. GlassOnWeb, http://www.glassonweb.com. Vetrostrutturale, www.vetrostrutturale.it/ (ditta specializzata in strutture di vetro). Sadev, http://www.sadev.fr (rotule, sistemi per facciate). Logli, http://www.loglimassimo.it (rotule, sistemi per facciate). Metra, http://www.metra.it/ (profilati in alluminio). http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 40