Selezione e caratterizzazione dei materiali per un nuovo telaio

Data: 23 febbraio 2023

Autori: Mercedes Gargallo, Belarmino Cordero e Alfonso Garcia-Santos

Fonte:Materiali 2021, MDPI

DOI:https://doi.org/10.3390/ma14081896

(Questo articolo appartiene al numero speciale Progressi nella costruzione e nei materiali da costruzione)

Le facciate continue sono la facciata preferita nei grattacieli e un elemento architettonico indispensabile per una città contemporanea. Nelle facciate continue convenzionali, i pannelli di vetro sono semplicemente supportati dalla struttura metallica che trasferisce qualsiasi carico imposto alla struttura dell'edificio. L'assenza di un'azione composita tra vetro e metallo si traduce in cornici profonde, sporgenti verso l'interno, che occupano spazio prezioso e causano disturbi visivi. In risposta alle prestazioni limitate dei sistemi convenzionali, viene proposta un'innovativa facciata continua unitaria con telaio integrato per ridurre la profondità strutturale a un quinto (80%) consentendo una finitura a filo interno e guadagnando spazio netto. La nuova facciata continua è ottenuta incollando un telaio in polimero rinforzato con fibra di vetro (GFRP) pultruso al vetro producendo un'unità di vetro isolante composita (IGU). Questo documento seleziona il telaio candidato e i materiali adesivi eseguendo test meccanici sulle pultrusioni di GFRP per caratterizzare resistenza ed elasticità e sulle connessioni GFRP-vetro per identificare il modulo di rottura e la resistenza. I risultati dei test sui materiali vengono utilizzati in un modello numerico computerizzato di un pannello unitario composito in vetroresina GFRP per prevedere le prestazioni strutturali quando sottoposto a carichi di vento realistici. I risultati confermano che la riduzione ad un quinto è possibile poiché le deflessioni ammissibili rientrano nei limiti. Indica inoltre che le aree in GFRP adiacenti al supporto potrebbero richiedere un rinforzo per ridurre le sollecitazioni di taglio.

Gli involucri esterni sono l'immagine di ogni edificio costituendo componente fondamentale dello scenario delle città. Il settore delle costruzioni è costantemente rivolto allo sviluppo di nuovi sistemi costruttivi [1]. I tradizionali involucri in mattoni o pesanti sono stati sostituiti per decenni da involucri leggeri, come facciate in metallo-vetro e pareti ventilate o antipioggia [2]. Le facciate in metallo e vetro, note come facciate continue, sono realizzate con struttura metallica con gli spazi riempiti di vetro [3]. Oggigiorno le facciate continue rappresentano un elemento architettonico indispensabile per una città contemporanea [4]. I due principali sistemi di facciata continua sono a montanti e unificati [5]. Il sistema a montanti verticali era il sistema iniziale di facciata continua con una struttura metallica di montanti verticali e traversi orizzontali fissati all'edificio e pannelli di vetro di supporto installati sul posto [6].

I sistemi di facciata continua unitaria sono costituiti da unità di rivestimento in cui i pannelli di facciata (tipicamente vetro, metallo o pietra) e gli elementi metallici dell'intelaiatura (montanti e traversi) sono preassemblati in fabbrica e quindi trasportati in cantiere e fissati agli elementi portanti degli edifici , normalmente tramite staffe prefissate lungo il bordo del solaio strutturale. I sistemi di facciata continua a elementi sono il sistema di facciata preferito negli edifici a molti piani perché l'assemblaggio prefabbricato delle unità garantisce un'elevata qualità e consente un'installazione rapida senza accesso esterno [7]. L’attuale generazione di sistemi di facciata continua unitaria è progettata per trasferire i carichi laterali, tipicamente le pressioni indotte dal vento, ai solai strutturali [8]. Ciò è ottenuto dai pannelli della facciata che sono semplicemente supportati dagli elementi del telaio della facciata che a loro volta trasferiscono i carichi estendendosi tra i solai.

1.1. Limitazioni delle facciate continue convenzionali

A causa della differenza nel coefficiente di dilatazione termica del vetro e del metallo, i sistemi di facciata continua convenzionali richiedono un adesivo flessibile che limiti qualsiasi possibilità di azione strutturale composita tra il vetro e l'intelaiatura.

L'assenza di un'azione composita tra i pannelli di vetro e i telai porta a profili profondi, che invadono spazi preziosi, sporgono verso l'interno e causano disturbi visivi. Inoltre, gli elementi dell'intelaiatura della facciata sono spesso realizzati in leghe di alluminio o altri metalli con conduttività termica tipicamente elevata, con conseguente significativa trasmissione termica in corrispondenza degli elementi dell'intelaiatura della facciata. Ciò può essere in parte superato introducendo tagli termici negli elementi dell’intelaiatura della facciata, ma ciò aumenta la complessità e la profondità complessiva della facciata continua.