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Emanuele Cagnacci
IL VETRO STRUTTURALELEZIONE 2
Corso di Progetto e Riabilitazione Strutturale IProf. Maurizio Orlando
aa 2010/11
Emanuele CagnacciIL VETRO STRUTTURALE
http://www.dicea.unifi.it/emanuele.cagnacci 2
RIASSUNTO
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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.)
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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
� …
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PROGETTAZIONE DI ELEMENTI DI VETRO
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ROTTURE ACCIDENTALI
� URTI
� CONTRASTO TERMICO
� INCLUSIONI DI SiS
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ROTTURE ACCIDENTALI – CONTRASTO TERMICO
� LA RESISTENZA AI CONTRASTI TERMICI VARIA TRA UN MINIMO DI ~25 °C PER UN VETRO FLOAT A 200 °C PER UN VETROTEMPERATO
Esempio di lesione da contrasto termico
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ROTTURE ACCIDENTALI – INCLUSIONI
� GLI EFFETTI POSSONO ESSERE LIMITATI CON TRATTAMENTI HST
Inclusioni di NiS
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CRITERI DI PROGETTAZIONE PER IL VETRO
� PROGETTAZIONE PRESTAZIONALE (RICE & AL.)
SAFE-LIFE
VS
FAIL-SAFE
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PROGETTAZIONE FAIL-SAFEASPETTI SALIENTI:
� GERARCHIA:ORGANIZZAZIONE DELLA STRUTTURA IN BASE ALL’IMPEGNO STRUTTURALE
� RIDONDANZA:PIU’ ELEMENTI CONCORRONO ALLA MEDESIMA FUNZIONE STRUTTURALE
� ROBUSTEZZA:LIMITAZIONE DELLA PROPAGAZIONE DEL DANNO
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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
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PROGETTAZIONE FAIL-SAFE - GERARCHIA� CONOSCENZA ACCURATA DELL’EFFETTIVO IMPEGNO
STRUTTURALE DEGLI ELEMENTI E DEI PERCORSI DEI CARICHI. POSSIBILITÀ DI ADOTTARE COEFFICIENTI DI SICUREZZA DIVERSI
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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 SACRIFICIALIÈ IMPORTANTE VALUTARE I POSSIBILI SCENARI DI CRISI
Esempio di ridondanza strutturale
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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
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CRITERI DI VERIFICA
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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 SICUREZZAÈ ALLA BASE DI ALCUNE NORMATIVE EUROPEELA TENSIONE RESISTENTE È CORRETTA CON OPPORTUNI COEFFICIENTI PARZIALI
( ) ( ) ( ) ( ) VM
kV
AMvV
kAfRmax,E
StAq ,
,
,
,,,
, γ
σ
γααασα
σσ
σ
+⋅⋅⋅⋅
≤1
0
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QUADRO NORMATIVO� ITALIA:
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.
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PrEN 13474-3
GLASS IN BUILDING - DETERMINATION OF THE STRENGTH OF GLASS PANES
STATI LIMITE ULTIMI
ik
n
i
iQkQGSLUd QQGF ,,,, """" ∑=
⋅+⋅+⋅=
2
01ψγγγ
I COEFFICIENTI PARZIALI DIPENDONO DALLA GERARCHIA STRUTTURALE
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PrEN 13474-3
STATI LIMITE DI ESERCIZIO
LIMITI PER LA FRECCIA:� 1/65 DELLA LUCE� 50mm
ik
n
i
ikSLEd QQGF ,,,, """" ∑=
⋅+⋅+=
2
211ψψ
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PrEN 13474-3
TENSIONE RESISTENTE:
( )VM
kgkbV
AM
kgspmoddg
ffkfkkf
,
,,
,
,,
γγ
−+=
I FATTORI DIPENDONO DAL TIPO DI VETRO E DAL TRATTAMENTO TERMICO
16
1
6630
−
= tk ,mod
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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.
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ESEMPIO DI CALCOLO
Cfr. Cagnacci & al., “Il vetro come materiale strutturale”, ed. Polistampa, 2010, pp. 76-79
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SCELTA DEL TIPO DI VETRO ED UNIONI
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TIPI DI VETRO CONSIGLIATI
Vetricamera formate da vetri stratificati di sicurezza
Finestre e facciate poste a meno di 1 m dal piano di calpestio
Infissi o facciate con rischio di precipitazione e/o sfondamento
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
Finestre e facciate che si affacciano sulla pubblica via (rischio esterno);
Infissi o facciate con rischio per caduta di frammenti all’interno o all’esterno, ma senza rischio di precipitazione e/o sfondamento
Vetricamera composte da vetri float monolitici
Finestre e facciate che si affacciano al piano terra poste ad almeno 1 m dal piano di calpestio
Infissi senza rischio per caduta di frammenti all’interno o all’esterno e senza rischio di precipitazione e/o sfondamento
Tipo di vetroEsempiApplicazione
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TIPI DI VETRO CONSIGLIATI - CONTINUA
Vetri stratificati di sicurezza Parapetti, balaustre, etc.
Pareti divisorie con protezione contro la caduta
Vetri temperati singoli o float stratificati, a seconda dei casi
Pareti di arredamento per open space, cabine doccia, etc.
Pareti divisorie senza protezione contro la caduta
Vetri stratificati di sicurezza composti da almeno tre strati di cui la lastra superiore con funzione sacrificale
Lastre di solaio, pianerottoli e gradini di scale, passerelle, etc.
Vetri orizzontali soggetti al transito o alla sosta di persone e cose
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
Lucernai, pensiline, etc.
Coperture su zone di transito
Tipo di vetroEsempiApplicazione
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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
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ESEMPI DI UNIONI – ROTULE E SPIDER
Esempio di rotule (unioni articolate) e spider (braccetti)
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ESEMPI DI UNIONI – FACCIATA APPESA
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SPERIMENTAZIONE PRESSO IL NOSTRO DIPARTIMENTO
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PROVE SU VETRI STRATIFICATI
200±1.0
1000±2.0
SCHEMA PROVA SCALA 1:10
3) Traverso di carico
1) Campione
5) Rullo di carico
2) Supporto
4) Rullo di supporto
6) Strato di gomma
6) Strato di gomma
7) Pellicola adesiva
F8) Carico
Allestimento prova a flessione su 4 punti
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PROVE SU VETRI STRATIFICATI
Strumenti di misura
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PROVE SU VETRI STRATIFICATI
monolitiche
laminate
accoppiate
semplici
Accoppiate corrette
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PROVE SU TRAVI DI VETRO RINFORZATE
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PROVE SU TRAVI DI VETRO RINFORZATE
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PROVE SU TRAVI DI VETRO RINFORZATE
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Dettaglio barra rotta al termine della prova
PROVE SU TRAVI DI VETRO RINFORZATE
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PROVE SU PVB
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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.
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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
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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).