Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed

il Controllo di Costruzioni ed Elementi

Strutturali di Vetro (CNR-TD210)

Università di Parma

Dipartimento di Ingegneria Industriale

Gianni Royer-Carfagni

Innovazione e Regole

L’attività del CNR per le nuove tecnologia

Bologna 19 Ottobre 2012

Esempi di opere strutturali in vetro

Peculiarità del vetro rispetto ad altri materiali da costruzione

Principi generali di guida nella progettazione

Il quadro normativo attuale e le nuove istruzioni CNR-DT210

Non solo finestre ...

Joseph retail shop, London, 1989

Architect: Eva Jiricna

Apartment in Knightsbridge, London, 1992

Architect: Eva Jiricna

Apple Computing Store, Prince Street, New York City, 2002

Architect: Bohlin, Cywinski & Jackson

Apple Computing Store,

Osaka, 2001

Architect:

Bohlin, Cywinski & Jackson

Centro Commerciale Conad Montefiore. Cesena 2005

Architetto: Delio Corbara

Yurakucho Canopy, Tokyo International Forum, 1996

Architect: Rafael Vinoly

Keats Grove Extension, London, 2009

Architect: Brodt Wigth

Klein Residence, Santa Fe, New Mexico, 2004

Architect: Ohlausen Dubois

Architect: Sergio Beccarelli

Garab Urban Development Institute, Riyadh, Saudi Arabia, 1998

Architect: Nabil Fanous

Apple Computer Store, 5th Av., New York City, 2007

Architect: Bohlin, Cywinski & Jackson

Projects - Worldwide

Apple Flagship Store, 5th Avenue, NYC Client: Apple

Projects - Worldwide

Apple Flagship Store, 5th Avenue, NYC Client: Apple

TKTS Pavillion, father Duffy (Times) Square, New York City, 2007

Architect: Perkins Eastman

Materiale fragile per antonomasia.

Nessuna possibilità di adattamento plastico

Resistenza determinata dai difetti, schematizzabili

come cricche semicircolari superficiali

Le cricche aumentano nel tempo sotto carico

costante fino a raggiungere la dimensione critica

n

I

dcA K

dt

Resistenza influenzata da finitura delle superfici e

soprattutto dei bordi (molati filo grezzo, filo lucido,

bisellati etc.)

Legge tipo Paris-Erdogan per

l’accrescimento della frattura nel tempo FATICA STATICA: la resistenza dipende dal tempo di

applicazione del carico

La distribuzione statistica delle resistenze non è

Gaussiana ma alla Weibull (statistica dell’anello

debole): è il difetto critico che provoca la rottura

La resistenza dipende dall’area sotto stress, perché

aumenta la probabilità di trovare un difetto dominante

Vetro indurito o temperato (termicamente o chimicamente)

Si induce uno stato di autotensione con compressioni

sugli strati esterni che chiude le cricche esterne

resistenza a compressione >> resistenza a trazione

Stratificazione con intercalari

polimerici in autoclave

I frammenti

sono tenuti

insieme e il

vetro rotto

mantiene una

certa capacità

portante

Vetro «laminato» o

«stratificato» (di

sicurezza)

L’intercalare è fortemente viscoelastico. Problema nella caratterizzazione meccanica

Comportamento post rottura di un vetro stratificato

Importanza delle variazioni termiche,

anche per ombre proiettate: possono

produrre rotture per shock termico.

Importante una caratterizzazione ad hoc

Azione sismica. Non è significativa la verifica

delle resistenze, perché il vento è sempre più

gravoso.

Il vetro o si isola, o si assicura che la rottura non

sia pericolosa

Nel vetro-camera molto importanti le azioni

climatiche perché la pressione del gas interno

dipende da: variazione di quota, di temperatura, di

pressione metereologica

Importanza delle azioni eccezionali: esplosioni (dopo 11/09/2001) e incendio

GERARCHIA

STRUTTURALE

Elementi classificati sulla base delle possibili conseguenze

in caso di rottura

ROBUSTEZZA

STRUTTURALE

Capacità di evitare danni sproporzionati come

conseguenza di un danno limitato

RIDONDANZA

STRUTTURALE

Capacità di ridistribuire al suo interno lo stato di sforzo, in

modo che il collasso di una parte non provochi la rottura

completa. Ridondanza di Sezione e di Sistema

tipica della progettazione aeronautica, dove è accettato che

alcuni componenti possano collassare in situazioni estreme

senza però compromettere la stabilità globale del sistema

strutturale.

ROTTURA

PROTETTA

(FAIL-SAFE)

ESEMPIO: Aumentare lo spessore di una lastra non equivale ad aumentare

la sicurezza. Meglio stratificare con un numero di lastre maggiori

Cité des Sciences, parco

de La Villette (Paris);

Schizzi di progetto di Peter

Rice (1935-1992) per lo

schema di equilibrio dei

carichi in caso di rottura di

una lastra.

Approccio prestazionale e non prescrittivo

Necessità di di classificazione sulla base delle classi di conseguenze (EN1990).

Definire le prestazioni. Stabilire la probabilità di collasso attesa per ciascuna classe.

I coefficienti parziali definiti per i materiali tradizionali non sono applicabili: il vetro è speciale (statistica di Weibull, influenza dei difetti etc.)

; ;mod ;

;

; ;

,ed v b k g ked sf gA gl g k

g d

M M M v M v

k k f fk k k ff

R R

Vetro ricotto* Vetro presollecitato*

Coefficienti parziali

M = 2.55

M;v = 1.35

(*) Valori per verifiche allo SLU. Per quanto riguarda lo SLC, per le porzioni di vetro rimaste integre si potrà applicare i coefficienti relativi allo SLU.

Vari coefficienti che tengono conto di:

-durata delle azioni

-trattamenti superficiali

-finitura dei bordi

- Estensione dell’area sotto tensioni di trazione

- presenza di presollecitazione per tempera o indurimento.

- Classe di conseguenze per l’elemento

I coefficienti parziali sono stati calibrati con metodi di livello 1 (probabilistici)

per ottenere la probabilità di collasso desiderata

Vetro stratificato.

Valutazione

dell’accoppiamento

a taglio delle lastre a) b) c)

Difficoltà perché l’intercalare è fortemente viscoelastico. Forte dipendenza

dalla temperatura. Necessari MODELLI SEMPLICI

Le lastre sono snelle:

stabilità dell’equilibrio

(compressione, flessotorsionale,

a taglio)

vetro stratificato: difficoltà perché l’accoppiamento fra le lastre non è perfetto.

Comportamento

post-rottura del

vetro stratificato

La risposta varia a seconda del numero di lastre che si rompe

Facciata appesa per punti

con elementi a ragno

Giunti incollati

trave-colonna

Accoppiamento con

piastra metallica

coprigiunto

Giunzioni con perni

passanti

Difficoltà a generalizzare anche perché molti

sistemi sono coperti da brevetto

Le prestazioni delle opere di costruzione sono definite

secondo i requisiti di base ai quali si fa riferimento, ai

sensi del CPR 305/2011 (Construction Product

Regulation):

ER1- Resistenza meccanica e stabilità (struttura

portante)

…

….

ER4 – Sicurezza in uso (elementi accessori portati)

…

In Italia (e in Europa) molte norme ma per ER4; nessun

riferimento per ER1 (deve essere necessariamente

armonizzato con gli Eurocodici)

ESEMPI:

UNI 7697 (Criteri di sicurezza nelle applicazioni vetrarie)

UNI EN 12600 (Vetro per edilizia- Prova del pendolo-Metodo della prova di impatto e classificazione per il vetro piano)

UNI EN 14019 (Facciate continue - Resistenza all'urto - Requisiti prestazionali)

UNI-EN 572-1 (Vetro per edilizia. Prodotti a base di vetro di silicato sodo-calcico

UNI EN ISO 12543 (Vetro per edilizia – Vetro stratificato e vetro stratificato di sicurezza)

…………

NORME PER ER4

NORME PER ER1 (NON SPECIFICHE SUL VETRO)

Eurocodici strutturali

DM Infrastrutture 14/01/2008 (NTC 2008): Nuove norme tecniche per le costruzioni; Circolare Infrastrutture 02/02/2009

Cap. 4.6. I materiali non tradizionali (tra cui vetro strutturale) potranno essere

utilizzati per la realizzazione di elementi strutturali od opere, previa

autorizzazione del Servizio Tecnico Centrale su parere del Consiglio Superiore

dei Lavori Pubblici, autorizzazione che riguarderà l’utilizzo del materiale nelle

specifiche tipologie strutturali proposte sulla base di procedure definite dal

Servizio Tecnico Centrale.

Cap. 12. Per quanto non diversamente specificato nella presente norma, si

intendono coerenti con i principi alla base della stessa, le indicazioni riportate in:

Eurocodici strutturali; Norme UNI EN armonizzate; Norme per prove, materiali e

prodotti pubblicate da UNI.

Inoltre, in mancanza di specifiche indicazioni, a integrazione delle presenti norme

e per quanto con esse non in contrasto, possono essere utilizzati i documenti di

seguito indicati che costituiscono riferimenti di comprovata validità:

….

- Istruzioni e documenti tecnici del Consiglio Nazionale delle Ricerche (C.N.R.).

Si basa su concetti guida di ridondanza strutturale, robustezza e comportamento fail safe.

Attenzione all’azione sismica e a tutti quegli elementi considerati «non strutturali».

Vengono descritte con precisione le azioni dovute all’irraggiamento solare e al sisma

Ampio spazio è dedicato alla modellazione del comportamento meccanico delle strutture, in particolare al comportamento del vetro stratificato e ai problemi di stabilità dell’equilibrio.

La resistenza del materiale tiene conto dei fenomeni di fatica statica, size effect, finitura delle superfici (in particolare dei bordi).

Propone regole per le procedure di controllo ed accettazione dei materiali (vetro e polimeri per intercalare) per assicurare il soddisfacimento di ER1.

Le procedure di dimensionamento degli elementi vetrati sono illustrate in un congruo numero di esempi.

Ad oggi forse l’unico riferimento europeo armonizzato con gli eurocodici per le costruzioni in vetro

Attualmente in fase di inchiesta pubblica

Il documento è scaricabile gratuitamente dal sito

http://www.cnr.it/documenti/norme/IstruzioniCNR_DT210_2012.pdf

Eventuali commenti per la revisione possono essere inviati a commenti-normeDT210@cnr.it

Se avete bisogno: gianni.royer@unipr.it