Le regole del gioco: Teoria e Pratica: 1/2

 

Preambolo

In questo momento storico di fermento normativo il mercato del vetro per applicazioni strutturali sta rispondendo in maniera molto vivace ed a volte anche scomposta alle sollecitazioni architettoniche che riceve da professionisti sempre più smaliziati e architettonicamente “aggressivi”.

L’obbiettivo del presente articolo è quello di fare un po’ di chiarezza sulle modalità operative da seguire per non commettere errori grossolani dalle ricadute pesanti per la propria attività lavorativa.

Qualsiasi elemento portante si intenda realizzare, sia esso una scala, un soppalco, un calpestabile, una parete portante, o una copertura, etc. richiede inevitabilmente un progetto strutturale che deve essere realizzato ai sensi delle leggi e dei documenti tecnici pertinenti, anche se si tratta di elementi strutturali secondari (come richiesto dal paragrafo 7.2.3 delle NTC 2008 avente per titolo: “Criteri di Progettazione di Elementi Strutturali ‘SECONDARI’ ed Elementi NON Strutturali”).

Nel caso di elementi in vetro con applicazioni strutturali, i documenti da cui non si può prescindere per la progettazione sono:

  • Decreto Ministeriale LLPP del 14/01/2008 Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC2008)
  • Norma nazionale UNI 7697:2015 “Criteri di Sicurezza per le Applicazioni Vetrarie”
  • Documento tecnico CNR DT 210:2013 “Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Costruzioni con Elementi Strutturali di Vetro”

 

 

Ammissibilità delle prove sperimentali

Esclusivamente per gli elementi soggetti a carico distribuito lineare orizzontale (tamponamenti e parapetti), le NTC2008 consentono (Par. 3.1.4.1), a discrezione della Direzione dei Lavori, di procedere alla verifica anche per via sperimentale.

E’ evidente che l’impianto logico della verifica sperimentale deve essere coerente con quello del dimensionamento teorico:

  1. per misurare le deformazioni si procede con la combinazione dei carichi definita allo Stato Limite di Esercizio (S.L.E.);
  2. per valutare la resistenza si procede con la combinazione dei carichi amplificati così come previsto allo Stato Limite Ultimo (S.L.U.).
  3. per valutare la sicurezza del manufatto, se mancano presidi esterni anti caduta, è necessario procedere alla verifica sllo Stato Limite di Collasso (S.L.C.) come previsto dal CNR DT-210:2013.

Condizione fondamentale, richiesta da tutti i documenti normativi di riferimento: NTC2008, UNI 7697:2015 e CNR DT/210 è ovviamente quella che il sistema testato deve avere le stesse caratteristiche di quello che poi verrà installato. Tale concetto viene esplicitato nei tre documenti nel modo seguente:

 

NTC 2008 par. 3.1.4.1

I carichi orizzontali lineari Hk devono essere applicati a pareti – alla quota di 1,20 m dal rispettivo piano di calpestio – ed a parapetti o mancorrenti – alla quota del bordo superiore.

In proposito deve essere precisato che tali verifiche locali riguardano, in relazione alle condizioni d’uso, gli elementi verticali bidimensionali quali tramezzi, pareti, tamponamenti esterni, comunque realizzati, con esclusione di divisori mobili (che comunque devono garantire sufficiente stabilità in esercizio).

 

Il soddisfacimento della prescrizione può essere documentato anche per via sperimentale, e comunque mettendo in conto i vincoli che il manufatto possiede e tutte le risorse che il tipo costruttivo consente.

 

UNI 7697:2015 par. 9

Una volta effettuata la scelta del tipo di vetro se ne definisce lo spessore atto a sopportare i carichi ed i sovraccarichi, mediante calcolo in conformità alle norme pertinenti.

(…)

Qualora si ritenesse necessario verificare per via sperimentale l’effetto delle sollecitazioni previste sulle vetrate, è necessario essere certi che le prove riproducano con sufficiente approssimazione le azioni che si vogliono simulare.

 

CNR DT210 par 9.8.1

I produttori e/o i fornitori che sono in grado di proporre sistemi completi (vetri + sistemi di connessione), devono fornire, oltre alle caratteristiche meccaniche e fisiche dei singoli componenti, anche le caratteristiche meccaniche del sistema completo. Tali valori devono essere supportati da validazioni sperimentali effettuate in laboratorio o in situ (prove su strutture in scala reale) e documentate da dettagliati rapporti di prova.

Con stesse caratteristiche si intendono non solo le stesse misure e la stessa tipologia e stratigrafia di vetro, ma soprattutto gli stessi sistemi di vincolo.

Qualsiasi differenza tra quanto testato sperimentalmente e quanto verrà successivamente installato va ad inficiare la possibilità di estendere il valore della prova a ciò che viene effettivamente messo in opera.

Con le medesime proprietà si intende anche la stessa temperatura, aspetto che spesso viene trascurato.

Come sempre, sia in fase di calcolo che nel caso di sperimentazione, bisogna porsi nelle condizioni di temperatura più gravose per verificare e validare il comportamento dello stratificato.

 

 

Effetto della temperatura sul vetro multistrato

La forte dipendenza del comportamento meccanico del pvb dalla temperatura ha evidenti ricadute sul comportamento del prodotto stratificato.

Non ha alcun significato effettuare le prove di carico su un parapetto ad una temperatura di 20°C se esso verrà installato in esterno in una zona soleggiata dove tranquillamente le temperature estive faranno raggiungere al plastico la temperatura di 40°C. La sicurezza va garantita sempre nelle condizioni più critiche dell’applicazione.

La dipendenza della rigidezza del pvb dalla temperatura è stata abbondantemente caratterizzata in letteratura. Si riporta, per semplicità, l’andamento della rigidezza del pvb in funzione della temperatura così come pubblicato da Timmel et Al. in Int.J. Impact Eng. 34(2007) pp.: 1465-1478.

Andamento della rigidezza a taglio del pvb al variare della temperatura

Timmel et Al. in Int.J. Impact Eng. 34(2007) pp.: 1465-1478

 

E’ facile evincere dal grafico, anche ad un occhio inesperto, che dopo i 20°C di temperatura si manifesta un crollo della rigidezza a taglio del pvb. La conseguenza diretta è una abbattimento del momento di inerzia del multistrato in vetro e quindi un conseguente abbattimento della sua resistenza (vedere Articolo: Non si vive di solo vetro – Teoria e Pratica 2/2).

 

 

Verifiche statiche e dinamiche dei parapetti in vetro per via sperimentale

Anche se si eseguono una o alcune prove presso laboratori di prova accreditati, questo non costituisce in alcun modo una “certificazione del prodotto” e men che meno di un sistema più complesso costituito dalla somma di più oggetti.

Il laboratorio certificato non fa altro che condurre il test richiesto e comunicare i risultati ottenuti nelle condizioni dichiarate. Oltre a condurre il test richiesto con mezzi e strumenti tarati e certificati il laboratorio di prova agisce come un notaio e garantisce il valore dei risultati, descrivendo tanto le condizioni operative quanto il comportamento del campione analizzato. Nulla di più.

Il test o le prova di un sistema composito vanno effettuati secondo criteri ben precisi indicati da Norme specifiche e condotti da laboratori accreditati in modo che i risultati ottenuti possano avere una valenza formale e non solo indicativa dei risultati.

Per tutto quanto detto, il resoconto di prova deve riportare, oltre ai risultati ottenuti, le esatte condizioni in cui la prova è stata effettuata in termini di temperatura, di vincolo, di tipologia di vetro e dei carichi applicati.

 

Confronto tra attività di calcolo e equivalenti verifiche sperimentali

 

Elementi verticali Effettuato da: con presidio anticaduta senza presidio anticaduta in interno climatizzato in

esterno

verifica teorica Professionista abilitato SLU SLC T=20°C T=45°C
validazione sperimentale Laboratorio accreditato SLU SLC T=20°C T=45°C
norme di riferimento NTC 2008 NTC 2008 + DT 210 NTC 2008

par.3.5.2

NTC 2008

par. 3.5.3

 

Proviamo ora ad esplicitare meglio i concetti sopra esposti con esempi.

Ipotizziamo di dover dimensionare per via teorica o sperimentalmente la resistenza di una parete di tamponamento o di un parapetto con rischio di caduta nel vuoto.

Il punto di partenza di ogni considerazione è la consultazione delle NTC2008, Tab. 3.1.II “Valori dei carichi di esercizio per le diverse categorie degli edifici”. La tabella riporta i valori di esercizio, che devono quindi essere ulteriormente amplificati per un coefficiente gQ=1,5, per la verifica allo Stato Limite Ultimo.

 

Es.1 categoria di carico: C2 a cui corrisponde un carico lineare nominale
Hk =  2,00KN/m (200 kg/m),

il valore da considerare per le verifiche all’S.L.U. e all’S.L.C. è pari a 2,00KN/m x 1,5 = 3,00 KN/m (200 kg/m x 1,5= 300 kg/m).

 

Es.2 categoria di carico: C3 a cui corrisponde un carico lineare nominale
Hk =  3,00KN/m (300 kg/m),

il valore da considerare per le verifiche all’S.L.U. e all’S.L.C. è pari a 3,00KN/m x 1,5 = 4,50 KN/m (300 kg/m x 1,5= 450 kg/m).

Trattandosi delle prescrizioni di un Decreto Ministeriale devono essere seguite scrupolosamente per tutti i tipi di progettazione. È necessario attenersi alle prescrizioni sia per l’individuazione corretta dei carichi da applicare sia per la definizione dei coefficienti di amplificazione da adottare per la verifica della resistenza (sia che si proceda con un calcolo sia che si opti per una prova pratica).

Troppo spesso abbiamo sentito affermazioni del tipo: “ … ma tanto chi vuoi che passi” oppure “… quando mai sui parapetti di una scala si arriva a carichi così elevati” oppure ancora: “ quei carichi sono così elevati che solo noi in Italia …”.

Ebbene, se si decidesse di deviare da questo percorso, facendo prevalere considerazioni e interpretazioni soggettive sulla oggettività della disciplina normativa ci si posizionerebbe fuori dalla legge alla pari di un automobilista spregiudicato. Sarebbe come dire che, se in autostrada il limite di velocità imposto è di 130 km/h, nel caso in cui si stia guidando un’auto di grossa cilindrata si ha il diritto di superare detto limite se la visibilità è buona e il traffico è scarso.

Inutile dire che, in caso di controllo, l’automobilista verrebbe sanzionato con multa e decurtazione di punti dalla patente se non con il ritiro di quest’ultima.

Le verifiche analitiche o le prove vanno poi effettuate nella condizione di temperatura più gravosa, quindi più elevate, che il manufatto possa raggiungere nella sua vita.

Una volta stabilito il valore del carico da applicare e la temperatura di esercizio, il manufatto deve essere verificato o testato nelle esatte condizioni di vincolo stabilite. Al variare della natura dei vincoli e dalla posizione degli stessi cambia notevolmente la sollecitazione indotta nel vetro e quindi la resistenza del manufatto complessivo.

Concludiamo ricordando che le verifiche sperimentali, se effettuate rispettando i criteri descritti, possono essere condotte per il soddisfacimento della prescrizione di carico lineare esclusivamente di parapetti o pareti. Fermo restando che è a discrezione della Direzione dei Lavori accettare una validazione sperimentale in alternativa alla validazione a mezzo di relazione di calcolo.

Per quanto riguarda il progetto degli altri elementi strutturali quali calpestabili, scale ecc soggetti ad altro tipo di carico, è obbligatoria la verifica analitica da parte di un progettista abilitato e le prove sperimentali possono essere effettuate o richieste come ulteriore avvallo del calcolo ad esempio in fase di collaudo.

 

 

Il mio prodotto è “certificato”

Innanzitutto è necessario chiarire il significato del termine “certificato” che con troppa leggerezza viene utilizzato in ambito vetrario e che troppe volte risulta abusato rispetto al suo valore formale.

Si può asserire che un prodotto è certificato se e solo se esiste una norma di prodotto che consente di operare prove di caratterizzazione a loro volta codificate. Laddove queste prove esistano ogni prodotto realizzato in conformità ad esse può ritenersi prodotto certificato.

In mancanza di una norma di prodotto il prodotto stesso non può essere né certificato né essere venduto come prodotto certificato.

In alcuni paesi quali la Francia esiste la possibilità di certificare un prodotto o una unione di più prodotti (ad esempio un vetro e i relativi sistemi di vincolo) attraverso l’impiego di procedure e protocolli nazionali, realizzando un set di prove di caratterizzazione sistematica al variare dei parametri ritenuti significativi dall’ente di certificazione stesso, in modo tale da poter ritenere sempre validi e quindi certificati tutti i casi intermedi ricadenti nell’intervallo di misure minime e massime indagate.

Queste certificazioni hanno un costo molto elevato perché si tratta di realizzare uno studio ed una conseguente sperimentazione molto ampia e onerosa. Tra l’altro le certificazioni rilasciate hanno una scadenza temporale. A scadenza, la commissione che ha deliberato la certificazione valuta se norme o conoscenze nel settore sono cambiate rispetto alla delibera precedente. In caso negativo la certificazione viene prorogata, altrimenti si devono condurre nuove sperimentazioni, così come deliberato dalla commissione certificatrice.

In Italia il ruolo di “garante” è demandato al progettista abilitato. E’ questa figura formale che dimensiona e dichiara, sotto la propria responsabilità, che il sistema costituito da vincoli, ancoraggi e vetro abbia le caratteristiche coerenti con i carichi agenti e con le richieste normative. Anche in presenza, dove consentito dalle NTC 2008 di prove sperimentali, è il progettista che sottoscrive la coerenza tra prova di carico e esigenze normative, assumendosene la responsabilità. Se manca il progettista abilitato, colui che installa il sistema si assume implicitamente tutte le responsabilità che le scelte condotte comportano.

Nell’ambito delle attività di cantiere oltre al progettista altre figure abilitate quali il Direttore dei Lavori ed il Collaudatore, possono operare ulteriori verifiche secondo quanto di loro competenza sia dal punto di vista tecnico operativo, sia dal punto di vista formale di raccolta e verifica dei documenti.