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Caratterizzazione della resistenza del vetro strutturale

Informazioni tesi

  Autore: Matteo Petracca
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2015-16
  Università: Università degli Studi di Perugia
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria civile e ambientale
  Relatore: Emanuela Speranzini
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 84

Il vetro ha sempre suscitato grande interesse nel campo delle costruzioni civili e nell’architettura grazie alla sua trasparenza e stabilità meccanica, oltre alle infinite possibilità di colorazione a scopo decorativo e termico. Tra i suoi maggiori punti di forza si annoverano la trasparenza, l’ottima stabilità chimica e meccanica e la buona resistenza meccanica. L’ostacolo maggiore, invece, riscontrato per quanto riguarda l’impiego strutturale del vetro, è rappresentato dal suo comportamento a rottura, che è di tipo fragile.
Negli ultimi due decenni, grazie ai miglioramenti dei processi di produzione ed il crescente rinnovato interesse in questo materiale hanno portato ad un miglioramento della resistenza intrinseca del materiale tanto da poterlo categorizzare come vetro strutturale: da semplice elemento di chiusura, che consentiva il passaggio della luce dall’esterno verso l’interno degli ambienti abitati, il vetro adesso è considerato un elemento strutturale portante a tutti gli effetti e la sua resistenza e dimensioni entrano in gioco con ruolo fondamentale nel progetto delle strutture.
Ma le differenti proprietà intrinseche del materiale rispetto ai convenzionali materiali da costruzione, rendono necessario un differente approccio nello stabilire la resistenza di progetto: attualmente si oltrepassa questo problema utilizzando coefficienti di progetto molto penalizzanti, che assicurano un comportamento sicuro alle strutture in vetro.
Il presente lavoro ha come scopo aggiungere un tassello alle numerose ricerche che nelle università di tutta Europa sono condotte con l’obiettivo di determinare il migliore approccio matematico per la determinazione della resistenza intrinseca del vetro, così da poter determinare in maniera accurata e quindi sicura una tensione di progetto posta sul frattile inferiore della funzione di distribuzione, dunque raggiungere l’approccio di sicurezza utilizzato comunemente nell’ ingegneria civile.
A tale scopo sono stati effettuati test di rottura su un ampio campione di vetro (provini "piccoli" 100 x 100 mm come da UNI EN 1288-5/2001) strutturale “float” di diversi spessori (s=4,5,6,8 mm), ed i dati raccolti, insieme a precedenti test effettuati, sono stati elaborati con differenti distribuzioni e differenti metodologie di accostamento (Minimi quadrati, Funzione di massima verosimiglianza), in seguito testati per determinarne l’accuratezza, così da poter determinare quantitativamente il miglior modello matematico che descriva la distribuzione per caratterizzare la resistenza intrinseca del vetro.

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4. PROBLEMATICHE DI MODELLAZIONE DEL COMPORTAMENTO DEL VETRO E RECENTI RICERCHE PER IL MIGLIORAMENTO Come già anticipato nell’introduzione, il problema attuale della progettazione di elementi strutturali in vetro è nella non completa comprensione del modello matematico a cui si accosta la sua rottura di tipo fragile, che dunque costringe a misure cautelative molto gravose in sede di progetto non potendo definire in maniera sicura un valore di tensione di rottura al 5 percentile. Ci sono inoltre molte altre peculiarità del materiale che hanno reso fino ad oggi molto difficile l’individuazione di una procedura standard che possa identificare in maniera accurata ed univoca la resistenza del vetro caratteristica e di progetto. Di seguito verranno riportate le problematiche analizzate in precedenti studi che sono state considerate nell’esecuzione dei test effettuati. 4.1 Inefficienza dell’approccio classico dell’ingegneria civile Per progettare strutture in vetro è necessaria l’accettazione di una “bassa rottura” cioè una rottura imprevista poiché, in accordo con DIN EN 1990, il valore-obiettivo di rottura Pfdelle componenti strutturali nell’ingegneria civile per un anno è diPf = 1.3*10^-6 [1/Anno], mentre per cinquanta anni pari a Pf= 7.2*10^-5 [1/50Anni]. Ma dato che per il vetro il coefficiente di variazione caratteristico per il vetro è pari a  = 0.3 per le superfici e  = 0.2 per i bordi, questo implica che, data la natura fragile del materiale campione con le stesse caratteristiche nominali possono esporre grandi variazioni di tensione di rottura: proprio per questo motivo, la resistenza del vetro è un parametro non deterministico ma probabilistico, il che ci porta a dover conoscere bene le funzioni di distribuzione della densità di probabilità di rottura per decidere il frattile desiderato per una progettazione in sicurezza, data l’impossibilità di determinare un valore caratteristico di tensione massima dal quale ricavare una tensione di progetto sufficientemente certa e cautelativa. [3] Infatti, la resistenza del vetro dipende dalle condizioni del materiale, dimensione e posizione dei difetti e tipologia ed intensità dei carichi applicati. Per necessità pratica, sarà necessario individuare una procedura che, con le giuste accortezze sia in primis accurata ed efficacie, inoltre dovrà essere facilmente realizzabile e replicabile, in modo che i test che verranno realizzati dai futuri operatori possano essere quanto più identici e non influenzate da apparecchiature o operazioni complesse (più sensibili a deviazioni di comportamento) che limitino in maniera eccessiva la realizzabilità della prova, e quindi la sua diffusione e standardizzazione. Per tale motivo, come riesporremo in dettaglio nel paragrafo 4.5 (prove doppio anello coassiale), ci focalizziamo in questo lavoro sulle prove a doppio anello coassiale a piccola superficie, escludendo come possibile futuro standard la prova a doppio anello coassiale a larga superficie poiché: - E’ stato dimostrato che nel corso della prova entrano in gioco delle non-linearità geometriche che necessitano relazioni in fase di elaborazione di tipo non lineare, per le qualiandrebbero corretti i dati di tensione di rottura ultima raccolti, tramiteulteriori relazioni che senza dubbio complicano più del necessario il processo di elaborazione dei dati, complicando il semplice utilizzo e ripetizione della prova [5], nonché nella successiva fase di elaborazione dei dati [7];

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Parole chiave

ingegneria civile
vetro
strutturale
weibull
tecnologia dei materiali
data fitting
maximum likelihood function
prova a doppio anello coassiale
float
test di rottura

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