Comportamento flessionale di vetri laminati

Nowadays, structural glass is experiencing a growing adoption in new constructions or interventions on existing buildings. The fragility and stochastic behavior of glass when it breaks prescribes the research of new cutting-edge technologies to make it structurally ductile. To this end, laminated glass was invented in the 20th century, which provides strength and redundancy to structures thanks to its fail-safe properties. Despite the use of glass as a structural material started in the early 1900s with the combination of “glass + steel”, it is evident that there is no regulatory framework at European level and that only the National Research Council standard (CNR-DT 210/2013) allows for the evaluation of matters related to the design, execution, and monitoring of glass constructions. This thesis paper focuses on the research conducted in laboratory to perform three-point bending tests on laminated glass plates with two glass layers and a polymer interlayer in between and then proceeds to consider the analysis carried out through the use of two further approaches, namely with numerical analysis, using the Enhanced Effective Thickness method reported in CNR-DT 210/2013, and with finite element method, developing a calibrated model through the use of the "SJ MEPLA" software. The study centers on the definition of the type of interlayer, which was unknown before the tests and was evaluated according to the Italian standard; this approach was based on the influence of theoretical stiffness of different interlayers to the whole specimen, in order to obtain the comparison between the numerical and experimental load-displacement trend and the consequent characterisation of the interlayer for each specimen. This methodology was based on the experimental evidence known in the scientific literature; in fact, the shear modulus of the interlayer depends on the temperature of the applied load and the duration of its application. In addition, the study of the influence of the viscoelastic features of the interlayers on the behaviour of the structural element was developed. Finally, the mechanical and geometrical characteristics of the glass plates, such as the surface pre-stress state induced by the thermal hardening process, the plate thickness and the plate length, were relevant for the definition of the mechanical strength and post-breakage behaviour; these latter investigations were carried out by comparing the results of experimental tests, numerical analysis and finite element method.

Oggigiorno il vetro strutturale è sempre più impiegato nelle nuove costruzioni o negli interventi su edifici esistenti. Il comportamento del vetro è di tipo fragile e stocastico a rottura; ciò costituisce la necessità di studiare sempre nuove tecnologie all’avanguardia per renderlo un materiale duttile dal punto di vista strutturale. A tal proposito, è nato nel XX secolo il vetro stratificato che consente, grazie alla sua rottura protetta, di garantire robustezza e ridondanza alle strutture. Nonostante l’utilizzo del vetro, come materiale strutturale, sia avviato a partire dagli inizi del 1900 con il connubio “vetro + acciaio”, è evidente la mancanza di un quadro normativo a livello europeo e la presenza della sola norma del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-DT 210/2013) che permette di valutare gli aspetti della progettazione, dell’esecuzione e del controllo di costruzioni di vetro. Il presente elaborato di tesi pone in rilievo l’indagine condotta a partire da prove di laboratorio a flessione a tre punti su lastre di vetro stratificato, aventi due strati di vetro con interposto un intercalare polimerico. Successivamente, l’analisi si sviluppa attraverso due ulteriori approcci: dapprima attraverso l’analisi numerica, utilizzando il metodo Enhanced Effective Thickness riportato nel CNR-DT 210/2013, e in seguito attraverso l’analisi agli elementi finiti, sviluppando una modellazione calibrata con i dati sperimentali ottenuti attraverso l’utilizzo del software “SJ MEPLA”. Lo studio si è soffermato sulla definizione della tipologia di intercalare, ignoto a priori, che è stata valutata in funzione delle trattazioni della norma italiana; tale approccio si è basato sull’influenza della rigidezza teorica di diverse tipologie di intercalari sul comportamento del provino stesso, in modo da ottenere il confronto tra l’andamento carico-freccia numerico e sperimentale, e la conseguente caratterizzazione dell’intercalare per ciascun provino. Tale metodologia si è basata sulle evidenze sperimentali note in letteratura scientifica; infatti, il modulo di taglio dell’intercalare dipende sia dalla temperatura sia dal tempo di applicazione del carico. In seguito, è stato approfondito lo studio dell’influenza delle caratteristiche viscoelastiche degli intercalari sulle proprietà meccaniche dell’elemento strutturale. Infine, le caratteristiche meccaniche e geometriche delle lastre di vetro, quali lo stato di presollecitazione superficiale indotto dal processo di tempra termica, lo spessore e la luce agli appoggi delle lastre, sono state rilevanti ai fini della definizione della resistenza meccanica e del comportamento post-rottura; queste ultime indagini sono state eseguite ponendo un confronto tra i risultati delle prove sperimentali, dell’analisi numerica e dell’analisi agli elementi finiti.