Guida al vetro in edilizia: caratteristiche tecniche e descrittive nell’approfondimento di BibLus-net (PARTE 1)

Guida al vetro in edilizia: ecco un approfondimento su caratteristiche tecniche, metodi di lavorazione e tipologie di questo eccellente materiale utilizzato in edilizia

Il vetro in edilizia viene impiegato per le superfici trasparenti dei fabbricati e rappresenta un elemento versatile e duttile, utilizzato in diversi settori. Negli ultimi anni la costante e crescente ricerca sviluppata dai produttori delle lastre di vetro ha permesso di raggiungere standard prestazionali molto elevati.

In questo articolo proponiamo il primo approfondimento di una serie in cui si parlerà del vetro; in particolare verranno trattati i seguenti argomenti:

  1. caratteristiche tecniche del vetro: metodi di lavorazione e tipologie
  2. caratteristiche termiche ed energetiche (trasmittanza termica Ug, fattore solare g)
  3. vetri bassoemissivi: caratteristiche tecniche e principi di funzionamento
  4. isolamento acustico e resistenza al fuoco

Cos’è il vetro

Il vetro è un solido amorfo che non possiede un reticolo cristallino ordinato: si ottiene dalla solidificazione di un liquido a cui non segue la cristallizzazione.

Composizione del vetro

Composizione del vetro

Il vetro principalmente utilizzato è detto anche “vetro siliceo”, in quanto costituito quasi esclusivamente da biossido di silicio SiO2, il cui punto di fusione è di circa 1800°C.

Spesso durante la produzione del vetro si possono aggiungere altre sostanze (dette “fondenti”), che riducono il punto di fusione anche al disotto dei 1000°C e migliorano la fluidità del vetro durante la sua produzione (ossidi di sodio e potassio). I fondenti possono essere di diversi tipi, a secondo delle caratteristiche:

  • stabilizzanti (migliorano le proprietà chimiche e meccaniche del vetro prodotto):
    • ossidi di calcio
    • ossidi di bario
    • ossidi di magnesio
    • ossidi di zinco
  • affinanti (agevolano l’eliminazione di difetti):
    • triossido d’arsenico
    • nitrati alcalini
    • nitrati d’ammonio
  • coloranti (modificano l’aspetto cromatico del vetro prodotto):
    • ossidi di ferro
    • ossidi di rame
    • ossidi di cromo
    • ossidi di cobalto
  • decoloranti (neutralizzano il colore impartito da altre sostanze):
    • biossido di manganese
  • opacizzanti (per la produzione del vetro opalino):
    • fosfati di sodio
    • cloruro di sodio
    • fosfati di calcio
    • cloruri di calcio
    • ossido di stagno
    • ossido di talco

Inoltre per migliorare le proprietà del vetro è possibile intervenire sul reticolo cristallino aggiungendo degli ossidi, che possono essere classificati in:

  • ossidi formatori di reticolo:
    • ossido di silicio
    • ossido di boro
    • ossido di fosforo
  • ossidi modificatori di reticolo:
    • ossidi di metalli monovalenti e bivalenti (tra cui: sodio, potassio, calcio e magnesio)
  • ossidi intermediari:
    • ossido di alluminio
    • ossido di piombo

Caratteristiche del vetro

Le principali caratteristiche del vetro sono:

  • trasparenza
  • inerzia dal punto di vista chimico e biologico
  • superficie molto liscia
  • compattezza e omogeneità strutturale
  • impermeabilità ai liquidi, ai gas, ai vapori e ai microrganismi
  • inalterabilità nel tempo
  • sterilizzabilità
  • perfetta compatibilità ecologica grazie alla possibilità di riciclo per un numero infinito di volte

Queste caratteristiche ne fanno un materiale duttile, ma allo stesso tempo fragile e pericoloso.

Il vetro è utilizzato sia nel campo industriale che in quello domestico:

  • nelle costruzioni edili (infissi, parapetti o coperture)
  • nella realizzazione di contenitori (vasi, cosmetici, farmaci e bicchieri)
  • nella manifattura di elementi decorativi (oggettistica e lampadari)
  • per tecnologie molto sofisticate (fibre ottiche, telecomunicazioni, chirurgia mini invasiva, diagnostica per immagini, veicoli spaziali)

Caratteristiche del vetro: tecniche di lavorazione

Le lastre di vetro possono essere ottenute attraverso diverse tecniche di lavorazione, ricordiamo:

  • soffiatura (vetri cilindrici)
  • per colata (vetri colati o laminati)
  • a galleggiamento (vetri float o galleggianti)

Vetri cilindrici

Questi vetri prendono il proprio nome dalla forma che assumono, dopo la lavorazione (soffiatura), all’interno di stampi metallici cilindrici.

Il vetro viene quindi tolto dallo stampo ed è quindi immesso in un forno, dove, a causa dell’alta temperatura si ammorbidisce, quindi si apre e si stende in lastra.

Tecnica di lavorazione per ottenere un vetro cilindrico

Tecnica di lavorazione per ottenere un vetro cilindrico

Vetri colati (laminati)

Il vetro a lastra era prima realizzato soprattutto con i seguenti metodi:

  • per colata
  • estrusione
  • laminazione

Con tali tecniche i difetti estetici erano visibili ed il parallelismo delle facce non era garantito; per ottenerlo era possibile eseguire una lucidatura meccanica, ma con  costi elevati.

Tecnica di lavorazione per ottenere un vetro laminato

Tecnica di lavorazione per ottenere un vetro laminato

Questa lavorazione così come quella cilindrica oggi non è più molto usata e la ricordiamo solo per la produzione di vetri particolari o decorativi:

  • vetro stampato (sulla superficie viene stampato un disegno in rilievo)
  • vetro retinato (viene inserita una rete metallica al suo interno e viene impiegato per sicurezza nelle zone sottoluce di parapetto delle vetrate)
  • vetro ornamentale

Vetri float (galleggianti)

Il 90% del vetro piatto prodotto nel mondo è detto vetro float ed è ottenuto mediante il sistema “a galleggiamento” inventato da Alastair Pilkington.

Il procedimento è molto semplice ed è riassumibile in 4 step:

  1. il vetro liquido è versato ad un’estremità di un bagno di stagno fuso
  2. galleggia sullo stagno e si spande lungo la superficie del bagno in modo da formare una superficie liscia su entrambi i lati
  3. deve raffreddarsi e solidificare mentre scorre lungo il bagno, formando un nastro continuo
  4. viene quindi “lucidato a fuoco”, riscaldandolo nuovamente su entrambi i lati e presentare così due superfici perfettamente parallele
Tecnica di lavorazione per ottenere un vetro float

Tecnica di lavorazione per ottenere un vetro float

Tipologie di vetro

Come accennato in precedenza, il vetro è un componente versatile ed utilizzato in moltissimi campi in edilizia, le principali tipologie sono le seguenti:

  • vetri temprati o temperati
  • vetri accoppiati o stratificati
  • vetri blindati
  • vetri isolanti
  • vetri strutturali

Vetri temprati o temperati

Rientrano fra i vetri per edilizia i vetri temprati o temperati ottenuti tramite tempra, un trattamento termico in grado di conferire al vetro particolari caratteristiche di resistenza agli urti, agli shock termici e alla flessione.

Per ottenere un cristallo temprato di sicurezza occorre:

  • porre la lastra in un apposito forno riscaldato alla temperatura di transizione vetrosa (640 °C circa)
  • raffreddarla bruscamente tramite getti di aria fredda (in modo che la superficie esterna si contrae e si indurisce, mentre la parte interna si raffredda più lentamente e rimane viscosa più a lungo)
Tipologie di vetro: vetro temperato

Tipologie di vetro: vetro temperato

Il vetro temprato o temperato è un vetro per edilizia usato per situazioni di sicurezza e in particolare ove si richiedono capacità di sopportare le sollecitazioni termiche, mentre non è idoneo come vetro anti-caduta.  La sua robustezza fa del vetro temprato un materiale strutturale perfetto per realizzare elementi architettonici privi di struttura portante, come porte, separé, box doccia e “parapetti-realizzati” in solo vetro, oltre che per applicazioni nell’industria automobilistica.

Vetri accoppiati o stratificati

I vetri accoppiati o stratificati vengono invece realizzati accoppiando 2 o più lastre di vetro con un foglio di adesivo plastico (PVB o polivinilbutirrale), che conferisce solidità alla lastra anche in caso di rottura, evitando la dispersione di schegge. Inoltre, il vetro stratificato presenta capacità di isolamento termico e acustico ed è usato anche per scopi estetici.

Tipologie di vetro: vetro stratificato

Tipologie di vetro: vetro stratificato

Questo vetro è particolarmente idoneo per l’edilizia residenziale, commerciale e industriale: è usato per la realizzazione delle vetrine di negozi, di finestre e serramenti antisfondamento, di porte blindate, sportelli postali e bancari.

I cristalli stratificati sono impiegati in tutte le situazioni in cui un’eventuale caduta o rottura della lastra può causare danni a cose o persone e in tutte le situazioni in cui è richiesta un’elevata protezione contro atti vandalici, tentativi di intrusione e sfondamento. A seconda del grado di protezione richiesto, è possibile ottenere vetri antinfortunistici, antintrusione, antisfondamento e persino antiproiettile.

Vetri blindati

I vetri blindati sono vetri di sicurezza di classe superiore, composti dall’accoppiamento di almeno 3 lastre di vetro e 2 fogli di PVB adesivo e trasparente.

Tipologie di vetro: vetro blindato

Tipologie di vetro: vetro blindato

Tali vetri sono installati in ambienti residenziali o lavorativi, luoghi di lavoro o edifici pubblici, attività commerciali, negozi, musei, locali pubblici, banche o palazzetti sportivi, per la realizzazione di teche e vetrine, parapetti, finestre, porte blindate e vetrate a tutt’altezza.

I cristalli blindati sono in grado di aumentare il grado di sicurezza attiva (la capacità del vetro di impedire intrusioni indesiderate) e la sicurezza passiva (in caso di rottura, i cristalli blindati non causano danni a cose o persone).

Vetri isolanti

È considerato vetro per edilizia anche il vetro isolante, vantaggioso sia dal punto di vista economico che da quello ecologico.

Tipologie di vetro: vetro isolante

Tipologie di vetro: vetro isolante

Tali vetri sono costituiti da doppi vetri, ossia da 2 o più lastre di vetro tra loro unite con una camera d’aria nel mezzo, o da vetri sfilettati e riflettenti con coating magnetronico basso emissivo; offrono anche buone caratteristiche di sicurezza antisfondamento.

Vetri strutturali

Infine, tra i vetri per edilizia rientra il vetro strutturale, con cui vengono realizzate vetrate autoportanti.

Questa tipologia di vetro permette di realizzare strutture di grandi dimensioni senza dover ricorrere a complesse intelaiature.

Tipologie di vetro: vetro strutturale

Tipologie di vetro: vetro strutturale

È possibile realizzare sia i rivestimenti esterni di facciate anche molto grandi, sia vetrate per la separazione di ambienti interni nell’ambito dell’edilizia residenziale, industriale o commerciale.

Parametri meccanici e termici del vetro

Il vetro è caratterizzato da un comportamento elastico fino al raggiungimento della rottura. Il vetro collassa a partire dai punti più sollecitati o nei punti critici (dove sono presenti difetti o piccole rotture, generalmente bordi e spigoli), da cui potrebbero innescarsi le rotture. La sua fragilità ne condiziona anche l’utilizzo, risulta dunque necessaria una piena conoscenza dei parametri che lo caratterizzano.

Nella tabella seguente sono richiamati i principali parametri meccanici e termici [Fonte: UNI EN 572-1]

Proprietà Simbolo Unità di misura Valore
Densità (a 18°) р [kg/m3] 2500
Durezza (knopp) HK0,1/20 [Gpa] 6
Modulo di elasticità (Modulo di Young) E [MPa] 70000
Coefficiente di Poisson µ [-] 0,2
Resistenza a flessione caratteristica Fg,k [MPa] 45
Capacità termica specifica C [J/(kg/K)] 720
Coefficiente medio di espansione lineare tra 20°C e 300°C α [1/K] 9×10-6
Resistenza contro il differenziale di temperatura e la variazione improvvisa di temperatura [K] 40
Conduttività termica λ [W/(mK)] 1
Indice di rifrazione medio alle radiazioni visibili [da 380 nm a 780 nm] N [-] 1,5
Emissività Ɛ [-] 0,837

Vetro e norme di riferimento

Le principali normative UNI di riferimento per il vetro sono le seguenti:

  • UNI EN 572-1: 2016 Definizioni e proprietà generali fisiche e meccaniche
  • UNI EN 572-2: 2016  Vetro Float
  • UNI EN 572-3: 2016  Vetro lustro armato
  • UNI EN 572-4: 2016  Vetro tirato
  • UNI EN 572-5: 2016  Vetro stampato
  • UNI EN 572-6: 2016  Vetro stampato armato
  • UNI EN 572-7: 2016  Vetro profilato armato e non armato
  • UNI EN 572-8: 2016  Forniture in dimensioni fisse
  • UNI EN 572-9: 2016  Valutazione della conformità / Norma di prodotto
  • UNI EN 410:2011 Determinazione delle caratteristiche luminose e solari delle vetrate
  • UNI EN 673:2011 Determinazione della trasmittanza termica (valore U) – Metodo di calcolo
  • UNI EN 13501-1:2009 Classificazione al fuoco dei prodotti e degli elementi da costruzione
  • UNI EN 1279-1:2004 Vetrate isolanti
  • UNI EN 356:2002 Prove e classificazione di resistenza contro l’attacco manuale
  • UNI EN 12898:2002 Determinazione dell emissività

 

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