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Feb 19, 2024

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Data: 30 giugno 2023 Autori: S. Karlsson, M. Kozłowski, L. Grund, SAK Andersson, KCE Haller & K. Persson Fonte: Construction and Building Materials, Volume 391, Elsevier DOI:

Data: 30 giugno 2023

Autori: S. Karlsson, M. Kozłowski, L. Grund, SAK Andersson, KCE Haller & K. Persson

Fonte:Materiali da costruzione e da costruzione, volume 391, Elsevier

DOI:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131748

Il presente documento descrive un metodo per prove non distruttive della resistenza del vetro. A campioni quadrati di 10 × 10 cm2 di vetro float ricotto è stato inflitto un difetto controllato al centro del lato atmosferico utilizzando la fessurazione indotta dalla microindentazione Vickers con una forza di 2 N, 5 N e 10 N e confrontato con un riferimento non indentato. I campioni sono stati testati in modo non distruttivo utilizzando un metodo delle onde acustiche non lineari che ha prodotto valori di difetto. È stato riscontrato che la media dei valori del difetto è correlata linearmente alla forza di indentazione in una relazione log-log. I campioni sono stati successivamente testati in una configurazione anello su anello che consente uno stato di sollecitazione equibiassiale. La fessurazione indotta dall'indentazione ha fornito valori di resistenza praticamente realistici nell'intervallo da 45 a 110 MPa. I valori dei singoli campioni per lo stress da cedimento in funzione del valore del difetto normalizzato mostrano tendenze lineari con circa la metà dei dati entro il limite di confidenza del 95%. In sintesi, questo studio fornisce una prima prova di concetto per un test non distruttivo della resistenza del vetro.

La resistenza del vetro silicato è fortemente limitata dalle concentrazioni di stress sulle punte delle crepe che generano sollecitazioni molto elevate quando è sottoposto a carico di trazione [1], [2], [3]. Crepe, imperfezioni o difetti superficiali si formano inevitabilmente durante la produzione, il trasporto, la movimentazione e l'uso dei prodotti in vetro [4], [5]. Senza questi difetti superficiali, il vetro avrebbe una resistenza intrinseca di circa 10 GPa [5], [6], una resistenza di gran lunga superiore a quella di molti altri materiali [7]. Tuttavia, il vetro ha tipicamente una bassa tenacità alla frattura (KIc) di 0,6–0,8 MPa.m½ [7], che porta a una resistenza pratica del vetro che si estende su diversi ordini di grandezza [8] che può essere esemplificato dalla Fig. 1. Anche le condizioni ambientali, come l'umidità, influenzano le superfici del vetro, facendo sì che le crepe possano svilupparsi sotto carico sostenuto nella cosiddetta crescita subcritica delle crepe o tensocorrosione che può portare alla fatica statica (Fig. 1) [9].

La significativa variazione nella resistenza dei vetri richiede l'adozione di ampie misure di sicurezza per i prodotti in vetro [5], in particolare per il vetro da utilizzare come materiale portante [13]. I test di resistenza distruttiva del vetro float convenzionale danno tipicamente valori di resistenza compresi tra 30 e 100 MPa [14], che corrispondono a crepe di 30–400 µm (KIc = 0,75 MPa.m½). Secondo la norma EN 16612 (2019), la resistenza alla flessione frattile del 5% (il cosiddetto valore caratteristico, Xc) del vetro float ricotto caricato a breve termine è 45 MPa, ovvero 5 s o meno, e per una durata maggiore, viene abbassato da diversi fattori proposti per la durata del carico. Per l'uso in vetrate isolanti (IGU) nelle vetrate delle finestre [15], la resistenza di progetto (EN 16612) del vetro float ricotto con bordi lucidi è ridotta a 25 MPa per raffiche di vento (durata del carico di 5 s o meno) mentre per quelli convenzionali variazioni di pressione della cavità nella IGU (durata del carico di 8 ore), la abbassa a 14,5 MPa (con bordi tagliati 14,5 × 0,8 = 11,6 MPa). Nella maggior parte dei casi ciò porta a sottostimare la resistenza del vetro, rendendo inutile l'uso di vetro spesso.

L'uso architettonico e strutturale del vetro [16] è in aumento [17]. Il vetro architettonico è essenziale per far entrare la luce solare naturale negli edifici poiché gli esseri umani in generale trascorrono più dell’80-90% del tempo in ambienti chiusi nei paesi sviluppati [18], [19]. Pertanto, sia dal punto di vista della sicurezza che da quello ambientale, comprendere la resistenza del vetro è di grande importanza, cosa attualmente impossibile senza estesi test sperimentali distruttivi [20]. I controlli non distruttivi (NDT) del vetro, d'altro canto, rappresentano un percorso naturale verso lo sviluppo sostenibile [21], che probabilmente avrà anche un impatto significativo sull'industria del vetro in futuro. Di seguito sono elencate alcune possibili applicazioni per NDT della resistenza del vetro.