Sistemi in vetro strutturale sotto incendio

Data: 27 febbraio 2023

Autore: Chiara Bedon

Redattore accademico:Rafik Belarbi

Fonte: Hindawi - Progressi nell'ingegneria civile | Volume 2017 | Articolo ID 2120570

DOI:https://doi.org/10.1155/2017/2120570

I concetti di progettazione architettonica che incorporano travi di vetro, pannelli o in generale elementi portanti e rinforzi per edifici, rivestimenti, finestre e partizioni sono largamente presi in considerazione nelle moderne costruzioni a molti piani. Una molteplicità di aspetti, tra cui motivazioni legate alla trasparenza, all'estetica, all'illuminazione e al risparmio energetico, hanno progressivamente aumentato l'utilizzo e l'interesse per un materiale costruttivo ancora piuttosto innovativo. Tuttavia, rispetto ad altri materiali tradizionali per l’edilizia, il vetro standard è tipicamente caratterizzato da un comportamento fragile e da una limitata resistenza alla trazione. Le proprietà intrinseche del vetro, inoltre, insieme ai rapporti spessore/dimensione tipicamente limitati degli elementi di vetratura, o alla mutua interazione dei componenti di vetro con gli elementi costruttivi adiacenti come parte di assemblaggi completi a cui appartengono (ad esempio sistemi di fissaggio, sigillanti, ecc.) .), nonché la combinazione di fenomeni meccanici e termici, rendono le strutture in vetro altamente vulnerabili. Sono quindi necessarie regole di progettazione speciali per la sicurezza, soprattutto in condizioni di carico estreme. In questo articolo di revisione viene presentato lo stato dell’arte sui sistemi di vetro strutturale esposti al fuoco. Viene prestata un'attenta considerazione ai metodi di progettazione effettivi e alle normative generali, nonché ai risultati della ricerca esistente, sia a livello di materiale che di assemblaggio, fornendo evidenza delle sfide, dei problemi e degli sviluppi attuali.

Il vetro è ampiamente utilizzato negli edifici come materiale da costruzione, per sostituire e/o interagire con gli elementi strutturali tradizionali composti da acciaio, alluminio, legno e cemento. Le principali applicazioni del vetro negli edifici sono legate a una moltitudine di aspetti, tra cui l'estetica, l'alleggerimento, la trasparenza e le motivazioni dell'isolamento (vedere, ad esempio, le Figure 1(a) e 1(b)).

In generale, è noto che il vetro si comporta come un materiale fragile con una resistenza alla compressione relativamente elevata e una resistenza alla trazione limitata, quindi si frantuma in numerosi frammenti pericolosi [1, 2]. I concetti di progettazione fail-safe, in questo senso, sono obbligatori, sia in condizioni di carico ordinario che di carico estremo.

A questo proposito, negli ultimi anni diversi studi di ricerca sono stati dedicati allo sviluppo e/o alla valutazione di specifiche normative di progettazione e nuovi concetti di progettazione per sistemi di vetro strutturale, comprese estese indagini sperimentali e numeriche agli elementi finiti (FE) relative a connessioni, compositi assemblaggi e sistemi ibridi [3–6].

Particolare attenzione è stata dedicata anche all'analisi e alla progettazione di sistemi di vetrate sottoposti a carichi estremi, come eventi esplosivi [7–9], carichi sismici [10–13], rischi naturali e carichi climatici [14, 15], fuoco [16 , 17] e impatti [18–20].

Soprattutto in caso di incendi, dovrebbero infatti essere garantiti appositi livelli di sicurezza rafforzati, per consentire l'evacuazione degli edifici (Figure 1(c) e 1(d)).

Molteplici aspetti sono tuttavia combinati nella prestazione al fuoco complessiva di un dato sistema di vetro strutturale, come il tipico comportamento fragile del materiale, l'elevata sensibilità delle sue proprietà meccaniche alla temperatura, l'elevata sensibilità della prestazione al fuoco alle caratteristiche geometriche, al tipo di vetro e alla resistenza al fuoco. le reciproche interazioni tra tutti i componenti del sistema (vale a dire, l'insieme del vetro strutturale, compresi i supporti e i componenti dell'edificio).

Essendo una questione specifica dei sistemi di vetro, inoltre, la loro prestazione al fuoco non può essere derivata analiticamente ma richiede stime di prove antincendio. La modellazione FE avanzata, a questo proposito, potrebbe rappresentare una valida alternativa agli esperimenti dispendiosi in termini di tempo e costi. Tuttavia, i problemi principali per l’analisi FE di elementi strutturali in vetro sottoposti a incendio derivano dall’attuale mancanza di linee guida standardizzate e regole generali in grado di offrire risultati affidabili [21], nonché di proprietà meccaniche e termiche ben consolidate dei materiali in uso. Inoltre, gli sforzi della letteratura FE relativi alla prestazione al fuoco dei sistemi di vetro strutturale sono molto limitati (vedi, ad esempio, [22]).