Caratterizzazione della resistenza del vetro strutturale

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];
-Per compensare tale effetto, la prova deve essere eseguita applicando una sovrappressione 
all’interno degli anelli per mantenere lo stato tensionale equibiassiale (operazione aggiunta che 
complica l’esecuzione sia in quanto necessarie maggiori apparecchiature ed una maggiore 
accuratezza nella realizzazione della prova a fronte della stessa accuratezza dei risultati)[6]; 
 
4.2 Generalità sul vetro 
Il vetro è un materiale isotropo omogeneo che presenta un comportamento elastico-lineare quasi 
perfetto in tutto il suo campo di resistenza a trazione, ed ha una resistenza alla compressione molto 
elevata e teoricamente una resistenza a trazione molto elevata, ma la sua superficie ha molte 
irregolarità che rappresentano il suo punto debole, quando il vetro è sottoposto ad uno sforzo di 
trazione. Queste irregolarità sono causate da attacchi da parte dell'umidità e dal contatto con 
materiali duri (per esempio sabbia) e sono costantemente modificate dall'umidità sempre presente 
nell'aria. 
Dalla struttura molecolare si può dedurre una resistenza a trazione di circa 10 000 N/mm^2, ma il 
vetro cede generalmente a spazi considerevolmente minori di 100 N/mm^2. 
La presenza delle irregolarità e le loro modificazioni a causa dell'umidità hanno un effetto sulle 
proprietà del vetro che devono essere considerate durante l'esecuzione delle prove di resistenza. 
Grazie all'elevata resistenza alla compressione, il vetro si rompe sempre sotto sforzi di trazione. 
Dato che i vetri negli edifici sono raramente usati in tensione diretta, la proprietà più importante per 
la resistenza al carico è la resistenza a flessione. Tutte le prove descritte nella presente norma hanno 
lo scopo di valutare la resistenza a flessione del vetro. 
La resistenza a flessione è influenzata dai seguenti fattori: 
a) condizione della superficie; 
b) velocità di applicazione e durata del carico; 
c) area di superficie sottoposta a sforzo di trazione; 
d) ambiente circostante, attraverso criccatura per corrosione sotto sforzo, come pure risanamento 
dei danneggiamenti superficiali del vetro; 
e) invecchiamento, cioè il tempo trascorso dall'ultimo trattamento meccanico superficiale o 
modifica per simulare un danno; 
f) temperatura. 
g) superficie di rottura (lato aria o stagno); 
 
La UNI EN 1288-5 2001 (prove a doppio anello coassiale su provini a piccola superficie), seguendo 
la quale è stata effettuata la campagna di sperimentazioni, tiene conto dell'influenza esercitata dai 
fattori da b) a f) e g) sulla resistenza a flessione.
4.3 Differenza di comportamento tra le superfici 
Come precedentemente descritto nel capitolo 2, gli attuali processi di produzione del vetro float 
prevedono la tiratura del materiale vetroso fatto galleggiare su un bagno di stagno in modo da 
realizzare superfici perfettamente parallele. 
Tale processo include nella struttura amorfa del vetro alcuni atomi di stagno nella zona superficiale 
a contatto col bagno (successivamente chiamata tin-side), che ne alterano leggermente le proprietà, 
mentre la faccia opposta sarà a contatto con l’aria(che verrà chiamata air-side): di conseguenza si 
avrà un materiale che avrà intrinsecamente delle differenze di proprietà a causa del suo processo di 
produzione. 
Per alcuni aspetti si conosceva già questa differenza di proprietà tra le due superfici del vetro float, 
di fatti i produttori di intercalari raccomandano l’applicazione dei loro prodotti sul tin-side poiché 
dopo numerose prove empiriche di laboratorio hanno comprovato come superficie con maggiore 
aderenza. 
In una recentissima ricerca di analisi dei dati [7](giugno 2016), basata sull’ampia campagna 
sperimentale effettuata nel 2006 [9]dal CEN/TC129/WG8, mostra che elaborando separatamente i 
dati dei provini rotti sul lato aria e sul lato stagno, si ha un’apprezzabile miglioramento 
dell’accuratezza dei modelli nel calzare i dati sperimentali, specialmente sull’air-side. 
In questo lavoro, sfruttiamo tale miglioramento andando a testare tutti i provini sul lato-aria, in 
modo da ridurre le incertezze nella ricerca della più esatta distribuzione, dato che [7]ha dimostrato 
che tale lato si comporta con una varianza più contenuta. 
Per il riconoscimento delle due facce delle lastre in vetro, che hanno aspetto identico esposte alla 
luce visibile, è stato necessario l’utilizzo di una lampada di Wood: per Lampada di Wood o luce 
nera (Luce di Wood o Black light in Inglese) si intende una sorgente luminosa che emette radiazioni 
elettromagnetiche prevalentemente nella gamma degli ultravioletti ed in misura trascurabile nel 
campo della luce visibile. In molti campi la Lampada di Wood è anche detta semplicemente 
"lampada UV". 
Una lampada di Wood produce luce nel campo dell'ultravioletto (UV) ma il suo spettro si stende 
solo nel campo degli UVA, senza coinvolgere i campi UVB ed UVC. Questo rende relativamente 
sicuro l'impiego della lampada di Wood essendo il contenuto energetico della luce nel campo degli 
UVA molto minore che nel caso degli UVB ed UVC (per questi ultimi la prolungata esposizione è 
in grado di modificare il DNA umano). 
Una lampada di Wood produce luce non direttamente visibile dall'occhio umano. Tuttavia può 
essere impiegata per illuminare materiali su cui una radiazione ultravioletta induca effetti di 
fluorescenza e fosforescenza. 
Possibili applicazioni di queste proprietà si hanno nella lotta alla falsificazione delle banconote o 
nella ricerca di fessure in strutture metalliche rivestite di materiale reattivo ai raggi UV, nella 
individuazione di macchie da liquidi organici non visibili ad occhio nudo, infatti in medicina la 
lampada di Wood può essere impiegata per evidenziare alcune infezioni da funghi e diverse altre 
malattie a carico della pelle; In paleografia la lampada viene spesso impiegata per identificare 
simboli o lettere su pergamene o papiri altrimenti illeggibili ad occhio nudo, mentre nel restauro 
viene utilizzata poiché la fluorescenza ultravioletta è immediatamente visibile; Le vernici risultano
opalescenti,biancastre. Tale lampada individua la presenza di vari colori, tra i quali il verderame, 
che attraverso la lampada appare diverso dalle ridipinture, con le quali talvolta può essere 
scambiato. 
Nel caso dell’industria vetraia, la lampada di Wood si utilizza per controllare il lato-stagno e lato-
ariain fase successive a trasporto e maneggiamento che rendono incerta l’identificazione delle facce 
delle lastre senza tale strumento: illuminando i provini con un fascio di luce obliquo, si può notare 
che la superfice del lato-aria risulta fluorescente. 
 
 
Fig 4.1 a&b– provino di vetro float dim 100mm x 100mm illuminato da lampada di wood sul lato 
stagno (rivolto verso l’alto) (a), e sul lato aria (rivolto verso l’alto) (b) 
Nel caso di questo studio, su concessione della Vetromontaggi srl, è stata utilizzata una lampada 
Wilmex t5t8, di cui vengono riportate di seguito le specifiche relative alla lunghezza d’onda 
posseduta da tale lampada. 
 
Fig 4.2 – Specifiche spettro di emissione in lunghezza d’onda lampada Wilmex t5t8