Vengono richiamati alcuni recenti sviluppi nell’ingegneria del vetro volti a superare la fragilità intrinseca del materiale tramite stratificazione con intercalari, raggiungendo così la duttilità necessaria per una buona prestazione strutturale. Interessanti novità si apprezzano nell’uso di elementi tanto sottili da essere inflessi elasticamente, in modo da ottenere superfici curve free-form senza l’uso delle costose contro-forme richieste dalla curvatura a caldo. Notevoli sono i risultati ottenuti nella caratterizzazione statistica della resistenza del vetro, soprattutto se temperato o indurito, che permetteranno la corretta calibrazione dei coefficienti parziali di sicurezza per la progettazione, così da sfruttare al meglio le grandi risorse del materiale, ad oggi sottostimate. A livello normativo, sono in fase avanzata i lavori per il nuovo Eurocodice strutturale sul vetro, che porterà finalmente chiarezza in un mondo dove norme di prodotto sono talvolta usate a sproposito al posto dei codici progettuali, superando quindi definitivamente la distinzione pretestuosa fra elementi strutturali e non strutturali.

In questo lavoro si presenta un approccio unificato per la verifica di stabilità di elementi in vetro strutturale sottoposti a svariate condizioni di carico e vincolo. L’approccio proposto, sviluppato sulla base della teoria di Ayrton-Perry, è attualmente implementato nel Documento Tecnico italiano CNR-DT-210/2013. Il vantaggio principale di tale approccio è che date le caratteristiche geometriche e meccaniche di un elemento in vetro strutturale, la verifica di stabilità dell’equilibrio può essere eseguita mediante l’utilizzo di curve normalizzate di progetto. In queste, un ruolo fondamentale è dato ai coefficienti di imperfezione, calibrati su base sperimentale e numerica, nonché al calcolo del carico critico Euleriano. Sulla base di considerazioni derivate dal concetto di spessore equivalente, lo stesso approccio può essere utilizzato anche per elementi in vetro stratificato, rappresentando quindi uno strumento particolarmente vantaggioso per i progettisti. L’approccio generale di verifica è dapprima presentato per il caso specifico delle travi sottoposte a fenomeni di instabilità flesso-torsionale, e poi richiamato per una svariata serie travi e pannelli in vetro strutturale sottoposti a combinazioni di carichi simultanei e soggetti a per particolari condizioni di vincolo, includendo vincoli flessibili o non ideali in generale. Un esempio di calcolo pratico viene infine proposto, seguendo le prescrizioni della CNR-DT-210/2013.

Le più recenti tendenze architettoniche si stanno muovendo, negli ultimi anni, verso l’utilizzo di involucri edilizi di forma libera, realizzati con pannelli in vetro stratificato curvo che possono essere ottenuti tramite "cold-bending", vincolando il pannello stesso nella forma desiderata. Grazie alla viscosità dell’interstrato, l'elemento presenta un rilassamento dello stress a partire dall'istante in cui viene posizionato.
Un’altra possibilità per la realizzazione di pannelli curvi è il processo di “cold-lamination-bending”, anche detto “warm-bending” del vetro stratificato, che consiste nel deformare il pacchetto composto da vetri ed intercalare vincolandolo provvisoriamente ad uno stampo, e nell’eseguire successivamente, in questa configurazione deformata, il trattamento in autoclave. Una volta rimossi i vincoli provvisori, l’adesione tra i vari strati di vetro fa sì che la curvatura venga, almeno in parte, mantenuta. L’elemento stratificato esibisce un ritorno elastico iniziale, seguito da un rilassamento causato dalla viscosità dell’intercalare.
Entrambi i metodi citati si stanno rapidamente sviluppando, perché permettono di ottenere, a costi relativamente contenuti, pannelli di forma qualsiasi senza la necessità di stampo e controstampo, e senza l’utilizzo di forni, richiesti invece per i tradizionali processi di curvatura a caldo.
Nell’articolo viene esposto un metodo analitico, basato sulla teoria delle travi sandwich, che, per processi di cold-bending, permette di valutare lo stato tensionale, dipendente dal tempo, sia negli strati di vetro che nell’intercalare. Lo stesso modello viene esteso a processi di cold-lamination-bending, per i quali consente di valutare anche la variazione nel tempo della forma del pannello. Il modello ha permesso di dimostrare che la forma più utilizzata per questo tipo di processi, quella con curvatura costante, provoca l’insorgenza di concentrazioni di tensione agli estremi della trave. Altre forme, molto simili, sono invece decisamente più convenienti.

L’obiettivo principale del Progetto Europeo “S+G - Innovative Steel Glass composite structures for high-performance building skins” è stato la progettazione di celle in vetro-acciaio, di forma curva, per il rivestimento di facciate e coperture di forma libera. Tali celle possono essere ottenute tramite curvatura a freddo di pannelli in vetro. Per poter raggiungere curvature elevate, limitando le tensioni al di sotto di quella di rottura del materiale, è necessario utilizzare pannelli di spessori molto bassi, e questo può portare all’insorgere di fenomeni di buckling (perdita di stabilità). Questo rischio può essere ridotto utilizzando un telaio in acciaio, connesso al pannello di vetro tramite adesivi strutturali. Sono state progettate tre diverse celle (HYP&R, WING and TWIST), con differenti gradi di complessità.
Test sperimentali sulle diverse celle, con differenti adesivi, sono stati condotti con carichi ortogonali al piano, sia in condizioni di pressione (carico sulla parte superiore, che simula l’effetto di neve, vento e carichi antropici), che di depressione, con carico agente sul lato inferiore. I grafici forza-spostamento ottenuti presentano una dispersione abbastanza evidente, ma, in generale, i carichi sopportati dalle celle sono di un ordine di grandezza superiore rispetto ai valori usuali di progetto dei carichi da vento e neve per strutture in vetro. Infine, è stato testato il comportamento della cella più rigida, sotto l’azione di carichi agenti nel piano.
 

La progettazione architettonica ha da sempre coinvolto lo studio di nuove soluzioni tecnologiche. Il progetto del “Hospital Universitario Rey Juan Carlos” è un esempio recente di un sistema di facciata complesso e che applica soluzioni non tradizionali. Quest’ospedale, progettato da Rafael de La-Hoz Architects, è un centro di cure mediche che è parte del sistema sanitario pubblico spagnolo e sorge a Mostóles, nei dintorni di Madrid. Il sistema di rivestimento delle due torri di questo edificio consiste in grandi staffe costruite in alluminio per getti, che supportano dei pannelli romboidali in vetro, composti da una cornice realizzata mediante profili estrusi d’alluminio e vetro curvato a caldo. L’uso dell’alluminio per getti non è frequente nelle applicazioni strutturali, poiché questo materiale può essere soggetto allo sviluppo di difetti durante la fase di produzione. Per superare questo problema ed ottenere una produzione affidabile, le normative impongono controlli rigorosi e severe limitazioni dei valori ammissibili di resistenza. Ciò nonostante, in questo progetto, questa tecnica si è dimostrata l’unica in grado di fornire un elemento di grandi dimensioni ma leggero, quindi si è reso necessario cogliere questa sfida. E’ stato scelto il metodo del getto in sabbia con una lega EN AC-42200 T6, definendo una procedura che ha permesso di tenere sotto controllo le problematiche di produzione e progettazione, secondo la norma EN 1999-1-1:2007. Essa si è sviluppata attraverso modelli agli elementi finiti tri-dimensionali di grandi dimensioni e stringenti controlli di qualità. Un’altra sfida particolare è stata rappresentata dalla forma dei pannelli in vetro. Avendo la forma di bolle sferiche protrudenti bruscamente da una superficie cilindrica ritagliata in losanghe, il controllo dello spessore ha presentato notevoli difficoltà durante la produzione, a causa delle brusche variazioni di curvatura dell’elemento vitreo, e sono state necessarie numerose prove prima di mettere a punto la procedura produttiva e raggiungere la qualità desiderata. Oltre è ciò, si è resa necessaria un’attenta analisi delle tensioni per verificare i valori di picco indotti dalle concentrazioni di sforzo legate alla repentina variazione di curvatura lungo la linea di connessione della parte sferica a quella cilindrica.

Con l’introduzione in campo nazionale della Norma UNI 7697:2015 – Criteri di sicurezza per le applicazioni vetrarie, si è data ancora più importanza alla scelta delle vetrate stratificate di sicurezza da utilizzarsi nelle diverse e più comuni applicazioni. Il vetro, ed in particolare il vetro stratificato di sicurezza, è infatti diventato sempre più utilizzato in edilizia e architettura. Quindi esso è stato sempre più oggetto di studio per comprenderne il comportamento meccanico. In questo lavoro, i moduli elastici sono determinati tramite identificazione dinamica “Modal Testing”, cioè l’acquisizione di dati sperimentali e il loro successivo post-processing per l’identificazione di un modello matematico che descriva il comportamento dinamico della struttura. Le frequenze e gli smorzamenti modali sono stati identificati mediante il metodo “Fitting Time History” (FTH), basato sull’acquisizione di accelerogrammi ed un’ottimizzazione ai minimi quadrati tra il segnale misurato ed un’approssimazione analiticamente determinata. Si affronta anche il tema dell’isolamento acustico dei medesimi componenti vetrati, essendo la risposta vibrazionale strettamente connessa al comportamento acustico del vetro.

La fragilità, la bassa tenacità, l’elevata dispersione della sua resistenza a trazione, la rottura anche per bassi stati tensionali, rendono difficoltoso l’impiego del vetro nelle applicazioni strutturali, rese possibili solo dalle innovazioni tecnologiche degli ultimi decenni. L’accoppiamento del vetro ad altri materiali resistenti a trazione, in grado di aumentarne la capacità portante, ridurre le implicazioni dovute ad improvvise rotture e garantire una resistenza residua dopo il raggiungimento del limite elastico del vetro, è una delle tecnologie più studiate per la realizzazione di travi. Questo articolo espone le potenzialità e le peculiarità strutturali di siffatte travi, ottenute dall’accoppiamento del vetro con acciaio, fibra d’acciaio e pultrusi in fibra di vetro. Il rinforzo contribuisce ad incrementare la capacità portante del vetro, garantisce una resistenza residua post-rottura che riduce le problematiche legate all’improvvisa fessurazione e permette di ottenere, a livello di struttura, quella duttilità mancante a livello di materiale.