Diapositiva 1 - CIRI Edilizia e costruzioni

Innovazione e Regole
L’attività del CNR per le nuove tecnologia
Bologna 19 Ottobre 2012
Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed
il Controllo di Costruzioni ed Elementi
Strutturali di Vetro (CNR-TD210)
Gianni Royer-Carfagni
Università di Parma
Dipartimento di Ingegneria Industriale
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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
Resistenza influenzata da finitura delle superfici e
soprattutto dei bordi (molati filo grezzo, filo lucido,
bisellati etc.)
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
Le cricche aumentano nel tempo sotto carico
costante fino a raggiungere la dimensione critica
FATICA STATICA: la resistenza dipende dal tempo di
applicazione del carico
dc
 A  KI n
dt
Legge tipo Paris-Erdogan per
l’accrescimento della frattura nel tempo
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
Vetro «laminato» o
«stratificato» (di
sicurezza)
I frammenti
sono tenuti
insieme e il
vetro rotto
mantiene una
certa capacità
portante
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
ROTTURA
PROTETTA
(FAIL-SAFE)
tipica della progettazione aeronautica, dove è accettato che
alcuni componenti possano collassare in situazioni estreme
senza però compromettere la stabilità globale del sistema
strutturale.
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.
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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.)
f g ;d 
kmod  ked  ksf   gA   gl f g ;k
RM  M

ked kv   fb;k  f g ;k 
RM ;v  M ;v
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
Coefficienti parziali
Vetro ricotto*
Vetro presollecitato*
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.
I coefficienti parziali sono stati calibrati con metodi di livello 1 (probabilistici)
per ottenere la probabilità di collasso desiderata
,
Vetro stratificato.
a)
b)
c)
Valutazione
dell’accoppiamento
a taglio delle lastre
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)
NORME PER ER4
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 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.).
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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.
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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/Istruzioni
CNR_DT210_2012.pdf
Eventuali commenti per la revisione possono
essere inviati a [email protected]
Se avete bisogno:
[email protected]