IL VETRO STRUTTURALE -...

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



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.)



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

� …



PROGETTAZIONE DI ELEMENTI DI VETRO



ROTTURE ACCIDENTALI

� URTI

� CONTRASTO TERMICO

� INCLUSIONI DI SiS



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



ROTTURE ACCIDENTALI – INCLUSIONI

� GLI EFFETTI POSSONO ESSERE LIMITATI CON TRATTAMENTI HST

Inclusioni di NiS



CRITERI DI PROGETTAZIONE PER IL VETRO

� PROGETTAZIONE PRESTAZIONALE (RICE & AL.)

SAFE-LIFE

VS

FAIL-SAFE



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



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



PROGETTAZIONE FAIL-SAFE - GERARCHIA� CONOSCENZA ACCURATA DELL’EFFETTIVO IMPEGNO

STRUTTURALE DEGLI ELEMENTI E DEI PERCORSI DEI CARICHI. POSSIBILITÀ DI ADOTTARE COEFFICIENTI DI SICUREZZA DIVERSI



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



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



CRITERI DI VERIFICA



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



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.



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



PrEN 13474-3

STATI LIMITE DI ESERCIZIO

LIMITI PER LA FRECCIA:� 1/65 DELLA LUCE� 50mm

ik

n

i

ikSLEd QQGF ,,,, """" ∑=

⋅+⋅+=

2

211ψψ



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



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.



ESEMPIO DI CALCOLO

Cfr. Cagnacci & al., “Il vetro come materiale strutturale”, ed. Polistampa, 2010, pp. 76-79



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



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



ESEMPI DI UNIONI – ROTULE E SPIDER

Esempio di rotule (unioni articolate) e spider (braccetti)



ESEMPI DI UNIONI – FACCIATA APPESA



SPERIMENTAZIONE PRESSO IL NOSTRO DIPARTIMENTO



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




Strumenti di misura




monolitiche

laminate

accoppiate

semplici

Accoppiate corrette



PROVE SU TRAVI DI VETRO RINFORZATE



Dettaglio barra rotta al termine della prova




PROVE SU PVB



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.



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



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).

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