Effetti del ritiro e della temperatura sul comportamento di pannelli in vetrocemento

Il mattone di vetro trova collocazione nel mondo delle costruzioni grazie alle proprietà intrinseche di trasparenza e modularità. Tuttavia viene in genere utilizzato in associazione con altri materiali quindi è opportuno indagare a fondo gli elementi peculiari che governano il comportamento di tale materiale in configurazioni particolarmente critiche. La leggerezza e la trasparenza, infatti, sono solo gli aspetti positivi di un materiale affascinante come il vetro, che d’altro canto ha un comportamento fragile per eccellenza e una forte dipendenza dalla presenza di difetti. Lo scopo di questa tesi è indagare tutti i possibili fattori che possano causare la rottura dei mattoni di vetro di un’opera in vetrocemento, al fine di ottenere delle prescrizioni valide come riferimento per eventuali progetti futuri. In particolare ci si sofferma inizialmente sullo stato dell’arte e, nello specifico, si dà ampio spazio ad una ricerca dei possibili effetti negativi dovuti al ritiro del calcestruzzo, al carico termico e alle condizioni di vincolo. Si tratta inoltre dettagliatamente il materiale vetro, dalla composizione chimica ai meccanismi che ne regolano la resistenza sulla base del modello della Meccanica della Frattura Elastica Lineare. Le prescrizioni progettuali vengono proposte sulla base dei risultati ottenuti tramite accurate analisi agli elementi finiti, effettuate su un caso di studio reale che ha mostrato problemi di danneggiamento degli elementi in vetro. Le analisi vengono condotte su pannelli prefabbricati in vetrocemento in una configurazione particolarmente critica (custom curtain wall panel system ad elementi fissati iperstaticamente ad una sottostruttura metallica), a seguito di una dettagliata elaborazione dei dati in cui vengono presentati: - Un modello analitico in campo elastico lineare del ritiro del calcestruzzo, al fine di prevedere l’evoluzione del fenomeno fessurativo e gli effetti a lungo termine. - Un’ulteriore analisi agli elementi finiti sugli aspetti termomeccanici, al fine di valutare l’andamento delle isoterme all’interno del pannello responsabili della non linearità del carico termico. - Un’indagine delle condizioni di vincolo durante tutte le fasi di produzione (dal getto in officina alla posa in opera in cantiere) al fine di determinare con precisione le condizioni al contorno da implementare. - Un calcolo della resistenza del vetro sulla base di una classe di verifica di livello I agli stati limite. Le analisi FEM presentate sono sia lineari che non-lineari e sono state condotte valutando, dapprima separatamente e successivamente in maniera congiunta, l’influenza dello spessore dei travetti e gli effetti dovuti alla legge di ritiro del calcestruzzo (simulando l’utilizzo di additivi antiritiro), studiandone l’evoluzione nelle diverse fasi operative. I risultati ottenuti possono risultare di notevole interesse applicativo e forniscono dei riferimenti progettuali per un corretto utilizzo del vetro mattone in diverse possibili configurazioni.