L'influenza del modello di frattura sulla resistenza residua del vetro stratificato ad alta deformazione

Data: 28 marzo 2023

Autori: SC Angelides, JP Talbot e M. Overend

Fonte:Strutture e ingegneria del vetro, volume 7

DOI: https://doi.org/10.1007/s40940-022-00168-y

I pannelli di vetro stratificato vengono sempre più installati nelle facciate vetrate per migliorare la protezione contro le esplosioni degli edifici. Questi pannelli duttili offrono una resistenza residua alla flessione in seguito alla frattura degli strati di vetro, dovuta all'azione composita dei frammenti di vetro attaccati in compressione e dell'intercalare in tensione. I test di flessione a tre punti eseguiti in precedenza su campioni di vetro laminato a bassa temperatura, che miravano a simulare gli effetti di un'elevata velocità di deformazione dovuta alla dipendenza tempo-temperatura dell'interstrato, hanno dimostrato un miglioramento della capacità di carico ultimo di due ordini di grandezza rispetto a quello a temperatura ambiente. Questi test sono stati eseguiti su provini con uno schema di frattura idealizzato, prefratturando fessure ad una spaziatura uniforme di 20 mm, allineate in entrambi gli strati di vetro. Sotto carichi da esplosione, tuttavia, si verifica uno schema casuale di dimensioni irregolari dei frammenti, con le crepe non sempre allineate nei due strati di vetro.

Inoltre, la posizione della cerniera plastica all'interno di ciascun provino coincideva con il punto di applicazione del carico, il che potrebbe aver influenzato i risultati. Questo documento affronta queste preoccupazioni riportando ulteriori test a bassa temperatura che hanno considerato quattro ulteriori modelli pre-fratturati sia nella flessione a tre che a quattro punti. I risultati dimostrano che la capacità del momento flettente dei provini non è influenzata dal numero e dalle dimensioni dei frammenti di vetro e dalla scelta del dispositivo di carico. Per i provini con fessure disallineate si osserva costantemente un miglioramento della capacità di flessione che è quasi il doppio di quello dei provini con fessure allineate. Ciò suggerisce che il modello idealizzato con fessure allineate, considerato nel lavoro precedente, si traduce in una stima inferiore della capacità di flessione per pannelli con modelli di frattura casuali formati sotto carico da esplosione.

Durante un evento esplosivo, le facciate degli edifici fungono da prima barriera di difesa a protezione degli occupanti, impedendo alle onde d'urto di penetrare all'interno. Facciate vetrate resilienti, in grado di offrire tale protezione, possono essere ottenute utilizzando pannelli di vetro laminato duttili invece di pannelli di vetro monolitici intrinsecamente fragili. Questi pannelli sandwich compositi, costituiti da più strati di vetro laminati con uno strato intermedio di polimero trasparente, mantengono i frammenti di vetro in posizione e offrono una maggiore capacità fornendo resistenza all'onda d'urto dopo che gli strati di vetro si sono fratturati. Sebbene siano disponibili molti tipi di interstrati, il Centro britannico per la protezione delle infrastrutture nazionali consiglia di utilizzare solo interstrati di polivinilbutirrale (PVB) e ionomeri per la protezione dalle esplosioni (CPNI 2019). L'attenzione qui è sul primo, poiché questo è l'interstrato più comune utilizzato nelle facciate degli edifici.

La laminazione degli strati di vetro e del PVB determina la formazione di un forte legame di adesione tra gli strati di vetro e il PVB. Dopo la frattura degli strati di vetro, è questo legame che trattiene i frammenti di vetro sull'intercalare, riducendo così il rischio di lesioni legate al vetro durante gli eventi di esplosione. Questo legame non è una costante universale ed è influenzato da fattori ambientali (Butchart e Overend 2012, 2013, 2017; Samieian et al. 2018). Inoltre, alcuni frammenti si delaminano invariabilmente in caso di grandi deflessioni (Hooper 2011; Pelfrene et al. 2016).

Un ulteriore vantaggio del legame vetro-PVB è che i frammenti di vetro attaccati contribuiscono alla capacità post-frattura del pannello, determinando un’azione di flessione composita che coinvolge l’intercalare, lavorando in tensione, insieme ai frammenti di vetro che entrano in contatto man mano che il pannello si deforma, lavorando in compressione. Sebbene questa capacità di flessione sia stata sperimentalmente dimostrata trascurabile sotto carichi quasi statici (cioè basse velocità di deformazione), rispetto alla capacità del pannello intatto (Kott e Vogel 2003, 2004, 2007), la risposta è fondamentalmente diversa alle alte velocità di deformazione associate al carico di esplosione, a causa della natura viscoelastica del PVB. Va notato che questo vale per i frammenti di vetro non confinati, poiché il contributo del vetro fratturato non è trascurabile, anche a velocità di deformazione molto basse, se confinato tra strati di vetro non fratturato (Overend et al. 2014).