A. a. 2009/2010

LABORATORIO INTEGRATO SOSTENIBILITA’ 3B

Corso di Tecnologia dell’Architetturaprof. Gianna RIVA, coll. arch. Giovanna MAR

Costruire in vetro/2

Proprietà del vetro

LEZIONE 4b

del 18 novembre 2009

COSTI DI PRODUZIONE ENERGETICA

rispetto al legname* dei principali materiali da costruzione

ALLUMINIO legname x 126 volte

ACCIAIO legname x 24 volteVETRO legname x 14 voltePLASTICA legname x 6 volteCEMENTO legname x 5 vMATTONI legname x 4 volte

*Energia consumata per abbattere, segare e trasportare il legname: 639 kWh/ton

Le cinque età del vetro secondo Michael Wiggington

1.- Dall’artigianato romano alla luce gotica

2.- Le serre: la seconda età del vetro1693 – Nasce la St. Gobain in Francia

1845 Palm House a Kew Garden di Richard Turner1851 Crystal P1alace a Londra di Joseph Paxton1865 - 1867 Galleria Vittorio Emanuele a Milano

3.- La terza età del vetro: un materiale simbolo della modernità

Dopo il fiorire dell’architettura nell’America della seconda metà del XIX secolo, fu l’Europa la patria della terza età del vetro: Otto Wagner, Paul Scheerbart, Bruno Taut, Walter Gropius, Ludwig Mies van der Rohe, la parete in vetro solare passiva Fred Keck1930, Pierre Chareau, Maison de Verre, Parigi 1930 – 1931, Le Corbusier Cité de RefugeParigi 1931, Alvar Aalto nel Sanatorio di Paimio del 1933, sviluppo dell’architettura solare passiva

4.- Il vetro float e l’architettura contemporanea1959 brevetto Pilkington, vari tipi di coatings e trattamenti variParigi RFR, Jean Nouvel, Norman Foster e molti altri

5.- L’alba di una nuova era: il muro ‘intelligente’

Ricerche sperimentali di Mike Davies e Richard Rogers sulla parete dinamica (1981), prototipi di rivestimenti con proprietà variabili dagli anni Ottanta del Novecento Messa a punto delle facciate a doppia pelle

in L’architecture d’aujourd’hui n. 342, sett. –ott. 2002

Evoluzione della produzione del vetro

Vetro colato (dal XVII secolo, Saint Gobain, F)

Vetro piano (dal XIX secolo, GB e Stati Uniti)

Vetro tirato (dal XX secolo)

Vetro laminato (dal XX secolo)

Vetro flottato* (dagli anni Settanta del XX secolo)

*da float = galleggiare

La produzione di lastre con il metodo Pilkington

Prova di flessione di una fibra di vetro

Il vetro, quando esente da difetti e fessure, può avere una notevole resistenza (esempio di sforzo di circa 5000 N/mm2)

La resistenza normale a compressione del vetro è di circa 70 – 140 N/mm2, quella a trazione ècompresa tra 10 e 50 N/mm2

Risultati ottenuti da Griffith per la resistenza delle fibre di vetro: a mano a mano che le fibre si assottigliavano diventavano anche più resistenti

Devetrificazione con formazione di piccoli cristalli e conseguente fessurazione del vetro

Fessure provocate sulla superficie di un vetro pyrex da un contatto accidentale leggerissimo

Fessure ottenute graffiando con una punta di spillo la superficie di un vetrino da microscopio

Da Atlante del vetro, UTET, Torino, 1999

Prodotti vetrari di base:

Vetro flottato o cristallo ottenuto dalla colatura in continuo del vetro su un bagno di stagno fuso in atmosfera controllata (brevetto dell’inglese Alastair Pilkington del 1959 (messo in produzione dalla Saint Gobain nel 1972)

spessore da 2 a 25 mm (trasmissione luminosa variabile con lo spessore, ad esempio per 3 mm = 0,88, per 4 mm = 0,87 e per 25 mm = 0,67mm)

Vetro atermico (riduzione della trasmissione nel campo dell’infrarosso aggiungendo del ferro sotto forma ferrosa) ha capacità isolanti

Vetro riflettente ottenuto depositando ossidi metallici su di una faccia

Vetro bassoemissivo ottenuto trattando una faccia in modo da provocare una riflessione del calore verso l’interno degli ambienti e limitare le dispersioni termiche

Vetro temprato termicamente (ESG)*:

Si ottiene riscaldando la lastra al punto di rammollimernto (almeno 640 °C) e

raffreddandola violentemente ed uniformente attraverso un sistema di ugelli che la

investano con aria fredda in modo da rispettare la sua geometria. Le superfici

esterne si raffreddano e si contraggono conseguentemente più rapidamente del

nucleo interno. La lastra risulta pertanto in compressione in superficie con la

conseguenza che ne aumentano i carichi di rottura e la resistenza agli sbalzi termici.

Poiché la lastra temprata è fortemente tensionata, è molto importante che il

trattamento sia applicato in modo uniforme. Il procedimento determina tensioni di

compressione negli strati superficiali e di trazione in quelli interni che provocano un

aumento della resistenza a flessione del vetro. La precompressione si combina con la

trazione nelle lastre inflesse con un effetto di riduzione o di annullamento delle

tensioni di trazione. La maggiore resistenza a trazione migliora anche la resistenza

alla fessurazione e alla fratturazione per effetto delle sollecitazioni termiche in caso

di incendio.

La rottura e la disgregazione avviene in piccoli frammenti smussati.

Vetro temprato chimicamente:

Lo stesso risultato ottenuto con il trattamento termico può essere raggiunto con un procedimento chimico (piùcomplesso, ma ancora più vistoso di quello termico), immergendo il vetro in un bagno di sale fuso ad una certa temperatura.

* UNI 7142

Diagrammi illustrativi degli effetti della precompressione dellesuperfici della lastra combinata con la tensione di flessione in esercizio

TRATTAMENTI TERMICI DEL VETRO

Vetro ricotto:

La lastra dopo il processo di formatura viene raffreddata molto lentamente fino a temperatura ambiente per eliminare ogni stato tensionale conseguente allo stabilirsi di un gradiente di temperatura tra interno ed esterno.

Dopo la ricottura la lastra viene tagliata nelle dimensioni volute. Una ricottura non corretta può determinare pericoli di rottura delle lastre o fenomeni marcati di birifrangenza che ne compromettono le caratteristiche ottiche.

Vetro indurito:

La lastra di vetro viene riscaldata come nel vetro soggetto a tempra termica, ma il raffreddamento ad aria avviene più lentamente

Vetro curvato:

Ottenuto facendo aderire la lastra di vetro preriscaldato fino alla temperatura di rammollimento (circa 640 °C) su stampo di supporto e sottoponendola successivamente a ricottura.

Le lastre curvate possono anche essere temprate.

Vetro stratificato*:

Pannello di vetro composto da almeno due lastre ed uno strato intermedio saldati tra loro su tutta la superficie durante il procedimento di produzione

Vetro stratificato di sicurezza*:

Pannello di vetro stratificato nel quale: la pellicola interna è in grado di trattenere le schegge prodotte in caso di rottura e il pannello deve reggere all’impatto di un corpo. La pellicola (generalmente un foglio di polivinilbutirrale, PVB) viene sottoposta in autoclave alla duplice azione di calore e pressione. Si arriva ad ottenere un prodotto che può anche resistere all’urto di un proiettile sparato da distanza ravvicinata. La classificazione si riferisce al fatto che le schegge prodotte dalla rottura vengono trattenute dalla pellicola intermedia.

Il vetro stratificato consente di ottenere un buon potere fonoassorbente.

* La UNI 7172 regola la classificazione dei vetri di sicurezza: vetri antinfortunio, vetri antivandalismo, vetri anticrimine e vetri antiproiettile (si vedano anche le UNI 9186 e UNI 9187). Norme europee EN 12337 prEN 12600.

Rottura di un vetro stratificato

Vetro con coating chimico (pirolitico)*:

Viene sfruttata l’elevata temperatura della lastra all’uscita dal forno di colata per fissare su di essa uno o più strati di metallo o di ossidi metallici.

I vetri speciali atermici presentano depositi superficiali in grado di modificare le caratteristiche spettrometriche fino a ridurre anche del 30% il valore solare Fs rispetto ad un vetro non trattato

*Il Vetro con coating fisico (magnetronico) viene ottenuto in impianti separati dalla linea di produzione del vetro float in ambienti sotto vuoto spinto

Vetro borosilicatico

Per il minore coefficiente di dilatazione termica rispetto al vetro float e al vetro tirato, il vetro borosilicatico possiede una resistenza agli sbalzi notevolmente più elevata, oltre ad un’elevata resistenza agli acidi e alla lisciviazione.

Il vetro borosilicatico viene pertanto impiegato ove sia richiesta una elevata resistenza agli sbalzi termici, come nel caso di vetri antincendio.

Prodotti vetrari trasformati

Vetri di sicurezza (alle azioni meccaniche e in presenza di incendio)

Vetri temprati (procedimento di precompressione attraverso un procedimento di tempra termica o di tempra chimica)

presentano un buon comportamento al fuoco

Vetri stratificati (ottenuti per accoppiamento di due o più lastre mediante interposizione di un foglio di materiale termoplastico (es. polivinilbutirrato) capace di assicurare dopo riscaldamento dell’insieme una perfetta trasparenza e l’adesione dei frammenti di vetro nel caso di rottura). Sono i più sicuri in caso di rotture. Snovetri stratificati specializzati i vetri antiproiettile

Vetri retinati (o armati) (con rete metallica inserita per laminazione all’interno della lastra al momento della sua genesi)

Vetro retinato

Altri prodotti vetrari

Vetro schiuma (foam glass) o multicellulare

con una porosità fino all’80% della massa totale, viene usato come isolante e resiste bene al gelo

Lana di vetro in stuoie o di rigidi prefabbricati si caratterizza per una bassa conducibilità termica e per una bassa capacità termica delle materie plastiche

Fibre di vetro sono destinate a rinforzare materie plastiche, gomma, gesso, carta e vengono utilizzate per l’isolamento elettrico, per la fabbricazione di tessuti industriali e per l’arredamento (se prodotte per tiraggio meccanico ad alta velocità) o vengono trasformate in pannelli, in feltri, in cordoni per isolamento termico ed acustico

Processi di fabbricazione delle fibre: a sinistra tiraggio meccanico a elevata velocitàa destra soffiatura con aria e vapo

Vetri uniti al perimetro

Vetri doppi

Vetrate isolanti con stratificato

Vetrate isolanti con bassoemissivo

Vetrate isolanti con riflettente, bassoemissivo e gas

Vetri tripli

Vetri uniti al perimetro ad intercapedine e a doppia intercapedine

Proprietà ottico-solari

Vetri colorati assorbenti (tipi convenzionali di vetro colorato) presentano un elevato coefficiente di assorbimento della radiazione solare incidente (35 – 75 %) con conseguenti elevate temperature del vetro ed elevata emissività (onde lunghe)

Vetri colorati riflettenti (ottenuti depositando ossidi metallici su di una faccia) il tipo di vetro colorato con superficie esterna riflettente a specchio riduce di molto la radiazione in ingresso, soprattutto quella luminosa, e non è quindi adatto per ambienti che richiedano elevata illuminazione o apporti solari invernali

Vetri con pellicole a bassa emissività sono molto efficaci (rispetto al vetro semplice normale) nel ridurre la trasmissione solare e soprattutto quella termica

Componenti vetrati multistrato (a doppio o triplo strato) con o senza elementi di schermo incorporati

Componenti con materiale translucido hanno coefficienti di trasmittanza solare e termica inferiori a quelli del vetro semplice normale e sono adatti quando non sia essenziale la visibilità

Componenti con materiale isolante trasparente (TIM) presentano il più basso coefficiente di dispersione termica e sono adatti all’impiego in climi freddi ove il carico termico annuale prevalente è il riscaldamento

Materiali trasparenti a trasmissione variabile sono materiali di tipo fotocromico (ad assorbimento reversibile in funzione della quantità di luce incidente), elettrocromico o termocromico

Tipologie di materiali impiegati nelle intercapedini del vetrocamera

Sistema translucido di isolamento termico