Ingegneria del vetro – V.M. Sglavo – UNITN 2011

Vetri di strutturali e di sicurezza

Elementi in vetro!-  involucro edilizio (building skin)!-  componenti costruttivi (structure-forming elements)!

capacità portante in esercizio resistenza residua dopo rottura

progettazione!

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Tipici elementi strutturali in vetro!snellezza è instabilità!

I. Wurm, GLASS STRUCTURES, Birkhäuser , 2007!

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pannello!

piastre!

compressione!

taglio!I. Wurm, GLASS STRUCTURES, Birkhäuser , 2007!

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colonna!

costola!

trave!

I. Wurm, GLASS STRUCTURES, Birkhäuser , 2007!

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Connessioni!

Requisiti fondamentali: -  trasferimento delle forze uniforme -  utilizzo di materiali “intermedi” -  evitare contatti vetro-vetro o vetro-metallo -  interstrato: basso modulo elastico, alta resistenza a compressione e durabilità

Tipologie:

I. Wurm, GLASS STRUCTURES, Birkhäuser , 2007!

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I. Wurm, GLASS STRUCTURES, Birkhäuser , 2007!

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I. Wurm, GLASS STRUCTURES, Birkhäuser , 2007!

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Confronto tra adesivi:

I. Wurm, GLASS STRUCTURES, Birkhäuser , 2007!

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I. Wurm, GLASS STRUCTURES, Birkhäuser , 2007!

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I. Wurm, GLASS STRUCTURES, Birkhäuser , 2007!

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I. Wurm, GLASS STRUCTURES, Birkhäuser , 2007!

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Procedure per la progettazione!

A.  Prodotto in vetro (vetro piano, stratificato, temprato, ecc.) requisiti e conformità normativa (europea) marchio CE

B.  Elemento costruttivo (prodotti in vetro assemblati)

✓ no normativa europea ✓ normative nazionali per alcune tipologie di elementi

in Italia: - UNI 7697 - Criteri di sicurezza nelle applicazioni vetrarie - UNI 6534 - Vetrazioni in opere edilizie – Progettazione – Materiali e posa in opera - UNI 7143 - Vetri piani – Spessore dei vetri piani per vetrazioni in funzione delle loro dimensioni, dell’azione del vento e del carico neve

  costruzioni speciali

Norme tecniche per le costruzioni, par. 5.5, Costruzioni in altri materiali, …. “b) vetro con funzioni statiche rilevanti….”: utilizzo previa autorizzazione del Servizio Tecnico Centrale su parere del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, riguardante l’utilizzo del materiale nelle specifiche tipologie strutturali proposte sulla base di procedure verificate dal ServizioTecnico Centrale

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UNI 7697

UNI 7697 > 1.0 m

Esempi di tipologie di costruzioni speciali

I. Wurm, GLASS STRUCTURES, Birkhäuser , 2007!

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1. Pareti verticali - facciate (inclinazione > 60°)

pressione del vento

2. Pareti orizzontali - coperture

pressione del vento + carico neve (x1.5) + peso proprio

Spessore lastra: p

carico statico (fatica)!!

Riferimento: Norme tecniche per le costruzioni, 2008

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Spessore effettivo nei vetri stratificati!

Coefficiente di trasferimento di taglio (shear transfer coefficient):

per calcolo dello sforzo: per calcolo della deformazione:

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solo posa in scanalatura!

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Norma “draft” per le struture in vetro: prEN 13474-1/3 "-  principi di progettazione di elementi in vetro strutturale

(no indicazioni su elementi costruttivi) - prEN 13474-1 Glass in building - Design of glass panes - Part 1: General basis of design (elementi piani in vetro per finestre e serramenti in genere) - prEN 13474-2 Glass in building - Design of glass panes - Part 2: Design for uniformly distributed loads (elementi vetrati non strutturali) - prEN 13474-3 Glass in building - Design of glass panes - Part 3: Design for line and concentrated loads (elementi vetrati che hanno applicazioni strutturali in genere)

i principi e i metodi di calcolo sono in accordo con Eurocodice EN 1990: Basis of structural design le azioni sono in accordo con l’Eurocodice EN 1991: Action on structures

A breve (!): raccomandazioni CNR sulle costruzioni in vetro ed Eurocodice!

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Requisiti di verifica generale

Stato limite ultimo Stato limite di esercizio

Requisito: ddULS RE !; ddSLS CE !;

dove l’effetto delle azioni è: { }dULSdULS FEE ;; = { }dSLSdSLS FEE ;; =

FULS;d = valore di progetto della singola azione o combinazione per lo ULS

FSLS;d = valore di progetto della singola azione o combinazione per lo SLS

EULS;d valore di progetto degli effetti delle azioni, espresse come tensioni prodotte dai carichi

Rd valore di progetto della corrispondente resistenza espressa come il massimo stato limite ultimo della tensione ammissibile fg;d, considerando i valori parziali per il materiale relativo allo stato limite considerato !M

ESLS;d valore di progetto degli effetti delle azioni, espresse come tensioni prodotte dai carichi;

Cd valore di progetto della corrispondente resistenza espressa come il massimo stato limite ultimo della tensione ammissibile fg;d, considerando i valori parziali per il materiale relativo allo stato limite considerato !M;

rottura del vetro con pericolo per le persone!

danneggiamento del vetro o eccessiva deformazione che

altera l’aspetto o l’uso!

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Fattori parziali per il materiale – fattori di sicurezza (raccomandati)

USL SLS

Vetro ricotto !M;A = 1,8 !M;A = 1,0

Vetro temprato/indurito !M;v = 1,2 !M;v = 1,0

γM = 1.4

Proprietà del materiale: norme UNI EN (572 per vetro sodico-calcico, 1748 per borosilicato, …)

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Azioni

Valore di progetto della combinazione di azioni: -  USL

-  SLS

G = azioni permanenti (peso proprio) Qk,1 = valore dell’azione dominante (carico sul solaio, vento, neve, ecc.) Qk,i = valore delle altre azioni variabili (vento, neve, ecc.) γG = fattore parziale delle azioni permamenti γQ = fattore parziale delle azioni variabili ψ0,i = fattore di combinazione delle azioni variabili ψ1 = fattore per il valore di frequenza di un’azione variabile ψ2,i = fattore per il valore quasi-permanente delle azioni variabili

Fd = !GG +!QQk ,1 +!Q "0,iQk ,ii!

Fd =G +!1Qk ,1 + !2,iQk ,ii!

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!Q

!G(3)

favorevole sfavorevole Struttura principale(1)

vedi Eurocodici

vedi Eurocodici

vedi Eurocodici

Struttura secondaria(1) 1,3 1,0 1,2

Pannello-involucro(2) 1,1 1,0 1,1

Note (1) Struttura normata da Eurocodici (2) Elemento non strutturale non normato da Eurocodici (3) Il valore inferior è usato quando l’azione permamente ha un

effetto favorevole in combinazione con le alter azioni; il valore più elevato quanto le azioni permanenti agiscono da sole o hanno un effetto sfavorevole in combinazione con gli altri carichi

Struttura principale Struttura secondaria Pannello-involucro

Vento !0

vedi Eurocodici

0,6 0,6 !1 0,9 0,9 !2 0,2 0,2

Neve !0 0,6 0,6 !1 1,0 1,0 !2 0,2 0,2

Altro !0

vedi Eurocodici !1 !2

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Resistenza del materiale

fg;d =ked kmod ksp fg;k

!M;Asforzo di trazione massimo resistente (vetro ricotto):

fg;k = resistenza caratteristica (da norma UNI EN) (45 N/mm2 per sodico-calcico e borosilicato)

γM;A = fattore parziale del materiale

ksp = fattore relativo alla finitura superficiale (0.67 per float)

kmod = fattore relativo alla durata del carico (variabile da 0.25 a 1)

ked = 0.8 in prossimità dei bordi; ked = 1 lontano dai bordi

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kmod = 0,663 t!116 (t in ore)

kmod

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fg;d = kpkmod ksp fg;k + kv (fb;k ! fg;k )

!Msforzo di trazione massimo resistente (vetro temprato):

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Verifiche

Sforzo massimo < fg;d Spostamento massimo < wd

Von Mises o principale?

deformazioni della struttura

elevate deformazioni è metodi numerici!