Introduzione tecnica al vetro
Cosa è per noi il vetro se non quella cosa che ci permette di bere o che ci divide dal caldo o dal freddo esterno?
Siamo contornati dalla nascita da oggetti quotidiani fatti di vetro che non ci rendiamo conto di utilizzare continuamente un materiale antichissimo e molto più sofisticato, dal punto di vista tecnologico, di quello che sembra. Dal biberon all’oblò dello Shuttle, dalla fragile ampolla della lampadina al blindato anti proiettile, dalla vetrata della cattedrale gotica composta di tarsie tenute insieme da fili di piombo alla facciata continua dei moderni fabbricati, tutto è vetro. Fragile o resistentissimo, questo materiale ci accompagna nella vita, silenzioso, discreto e tanto indispensabile da non poterne fare a meno.
Le moderne plastiche e i loro derivati, nell’ultimo cinquantennio hanno tentato, e continuano a farlo, di sostituire questo onnipresente materiale, talvolta anche con qualche successo, ma il vetro continua a restare il Principe dei materiali per trasparenza, igiene, durabilità e campi di applicazione.
LA NORMATIVA
La Direttiva Europea 92/59CEE è stata recepita con il D.L. 115/95 e della norma nazionale UNI 7697, e successivamente con D.L. 172/04, la quale stabilisce, tra l’altro, le caratteristiche che debbono avere i vetri e l’utilizzo delle lastre in situazioni di potenziale pericolo. Per quanto attiene la civile abitazione:
Residenziale, tutti i vetri che hanno il lato inferiore a meno di 100 cm dal piano di calpestio, debbono essere temperati o stratificati, sia che siano posizionati internamente che esternamente;
Parapetti, è obbligatorio l’utilizzo dei vetri stratificati anticaduta, che debbono essere intelaiati sui quattro lati;
Tetti, tutti i vetri rivolti verso l’ambiente interno debbono essere stratificati.
Detta normativa ancora largamente disattesa nel patrimonio immobiliare preesistente, è invece applicata nelle nuove costruzioni, al fine di rendere gli ambienti abitati più sicuri e confortevoli.
COSA E’ IL VETRO
Quelli che comunemente intendiamo per vetri si definiscono inorganici e sono composti principalmente ed essenzialmente da silice (SiO2 – più correttamente detto biossido di silicio, che in natura troviamo comunemente sotto forma di sabbia quarzifera) per oltre il 70%, la restante parte della composizione chimica può essere coperta da varie sostanze come l’ossido di calcio, il piombo o lo zinco. Ovviamente le proprietà dei vetri cambiano a seconda della miscela chimica, della tecnologia di produzione e dai trattamenti termici.
Comunque nei millenni la sua composizione chimica non è variata di molto, considerato che nella XII dinastia dell’Egitto, la quantità di silice utilizzata era pari ad oltre il 68% mentre nei più moderni impasti questa è pari a circa il 71%.
LA MODERNA PRODUZIONE INDUSTRIALE
Il XX secolo ha segnato la svolta della produzione industriale del vetro.
Il così detto metodo Fourcault, che prese il nome dal suo ideatore, per la prima volta nel 1913 stese una lastra di vetro facendo passare il materiale allo stato viscoso attraverso un piano formato da due grandi rulli. Nel 1916 questo metodo viene perfezionato da una industria la quale mette a punto il sistema di lento raffreddamento e di ricottura. Nel 1920 si arriva alla colata continua di vetro fuso direttamente dal forno ai rulli laminatori. Dobbiamo poi arrivare al 1959 per mettere a punto la tecnologia per la produzione di fili sottilissimi (micron) di vetro, che compongono la lana di vetro, materiale molto utilizzato ancora oggi per gli isolamenti termo-acustici, e al 1964 per la produzione di lastre secondo il metodo Float glass, che letteralmente significa vetro galleggiante, per vedere un procedimento moderno che rende le lastre prodotte perfettamente lucide e levigate, senza ricorrere a successive lavorazioni.
CARATTERISTICHE MECCANICHE
Il vetro è uno strano materiale poiché, per la sua struttura chimica “disordinata” assomiglia molto ad un liquido, mentre per le caratteristiche essenziali (durezza, capacità di mantenere una forma, ecc.) è considerato un solido.
Il vetro possiede una serie di caratteristiche peculiari:
– Ottima trasparenza
– Scarsa elasticità
– Buona resistenza agli agenti chimici ed atmosferici
– Sensibilità agli sbalzi termici
– Bassa conducibilità termica ed elettrica
– La rottura avviene senza preventive deformazioni
LE COLORAZIONI
A seconda dei componenti della miscela, il vetro, modificando la capacità di assorbimento selettivo della radiazione luminosa, può fornire all’occhio umano diverse colorazioni:
– Azzurro, con ossidi di cobalto
– Violetto, con manganese
– Blu o giallo, a seconda del tipo di luminosità ambiente, con ferro
– Rosso rubino, con ossido rameoso
– Giallo, con aggiunta di Oro
Naturalmente con miscele di vari ingredienti, si possono ottenere sfumature diverse di colori.
LA LAVORAZIONE
È fra i 1200 e i 1500 gradi centigradi che avviene la fusione delle miscele che compongono un impasto per vetro. Questa può avvenire, a seconda di cosa si deve ottenere, in un forno di tipo a crogiuolo (per pani di pasta vitrea o piccole quantità da soffiatura) o continuo (per lastre o similari). Nella fase di fusione del materiale in miscela, sono molteplici i problemi da risolvere, come:
– L’affinaggio, fase nella quale la massa deve essere privata delle bollicine di gas prodottesi durante le fasi di scioglimento dei materiali;
– L’omogeneizzazione, fase nella quale tutta la massa fusa deve avere uguale composizione chimica, onde evitare, una volta raffreddato l’impasto, differenze di proprietà fisiche;
Durante queste prime due fasi la massa fusa, per effetto della volatilità di alcuni componenti, perde circa il 17% del suo volume.
– La formatura, è la fase nella quale si imprime alla massa fusa una forma definita. Questa si può realizzare o con sistemi manuali, come la soffiatura, o con sistemi meccanici, come la lastratura;
– Il condizionamento termico, fase nella quale la massa fusa viene sottoposta a graduale raffreddamento, onde formare l’oggetto.
– Il raffreddamento, è necessario poiché in fase di condizionamento termico, il reticolo cristallino dell’oggetto assume una struttura molecolare disordinata, chiamata “stato vetroso”. Per questo, successivamente, l’oggetto sarà sottoposto ad una nuova cottura onde stabilizzarne le tensioni interne del materiale stesso;
– La finitura, è la fase finale della lavorazione nella quale si mola, si piega, si tempra l’oggetto ottenuto.
I TIPI DI VETRO
Sono ovviamente molti i tipi di vetro realizzabili, ognuno dedicato ad una diversa esigenza:
Stampati, sono ottenuti per colata e laminazione, si utilizzano principalmente in edilizia in spessori da 2 a 10 millimetri, nei vari motivi e disegni possono essere colorati, temperati;
Atermici, hanno la proprietà di assorbire una parte delle radiazioni solari diminuendo il passaggio del calore, sono caratterizzati da un colore azzurrino e sono principalmente utilizzati in campo automobilistico;
Stratificati, sono composti da due o più lastre incollate fra loro con interposizione di un film plastico (PVB, polivinil-butirrale), sono utilizzati principalmente in edilizia e, a seconda del loro spessore si dividono in quattro famiglie, a seconda delle esigenze di sicurezza, che secondo la classificazione Saint Gobain sono:
1. anti infortunio, spessore fino a 10/11, che a sua volta si dividono in due categorie:
A) anti taglio
B) anti caduta nel vuoto
2. anti vandalismo, spessori da 11/12 a 36/38
3. anti crimine, spessori da 19/21 a 39/41
4. anti proiettile, spessori da 19/21 a 39/41, che fermano proiettili fino al 7,62 Nato (grani 9,75 – tipo perforante – velocità oltre 800 m/s [2880 Km/h] – energia 3.200 Joule).
A proposito di vetri stratificati, non possiamo sottovalutare la caratteristica di particolare isolamento acustico che ha questo tipo di prodotto. Infatti, la stabilizzazione delle tensioni interne, lo spessore delle lastre e l’intersezione di uno o più strati di PVB, consente a questi tipi di vetri di assorbire una gran parte delle onde sonore, contribuendo fortemente alla riduzione dell’inquinamento acustico all’interno degli ambienti abitati.
Givrettati, è una particolare lavorazione che avviene per pezzo di aggressivi chimici che, intaccando la superficie, producono disegni arabescati;
Soffiati, è l’antico metodo artigianale, ancora in uso per la realizzazione da parte dei maestri vetrai di opere d’arte;
Cristalli, sono vetri di particolare perfezione e trasparenza, con facce perfettamente parallele. Hanno spiccate qualità termiche, assorbendo circa il 70% delle radiazioni calorifiche, le lastre si dividono in:
A) lustro
B) lustro extraforte
C) greggio normale
D) greggio extraforte
Temperati, sono quei cristalli che dopo la ricottura subiscono un trattamento atto ad aumentare le caratteristiche di resistenza del vetro. Questi vetri, in caso di rottura, si sminuzzano in migliaia di frammenti a spigoli arrotondati.
Naturalmente altre ancora sono le tecnologie applicate al vetro, tutte studiate per migliorare la vita dell’uomo, come:
A) la riflettenza delle immagini da un lato, senza interferire con la trasparenza dall’altro
B) i vetri a superficie autopulente, antibatterica e antisalsedine
C) il controllo solare per il filtraggio di determinati tipi di raggi come gli ultravioletti
D) il controllo del freddo per formare una barriera particolarmente efficace alle basse temperature
E) il controllo del rumore che, a norma del D.P.C.M. pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n° 297 del 22/12/97, la quale determina i requisiti acustici passivi degli edifici, deve essere come segue:
categoria A, residenze ed assimilabili = 40 dB di fonoisolamento di facciata1
categoria B, uffici ed assimilabili = 42 dB di fonoisolamento di facciata
categoria C, alberghi, pensioni ed assimilabili = 40 dB di fonoisolamento di facciata
categoria D, ospedali, case di cura ed assimilabili = 45 dB di fonoisolamento di facciata
categoria E, scuole ed assimilabili = 48 dB di fonoisolamento di facciata
categoria F, attività ricreative, di culto ed assimilabili = 42 dB di fonoisolamento di facciata
categoria G, attività commerciali ed assimilabili = 42 dB di fonoisolamento di facciata
LA VETRATA ISOLANTE
Ma il tipo di vetro più comune montato nelle moderne finestre è quello formato da due lastre di vetro (di vari spessori e qualità) divise da una intercapedine di Aria o Argon di spessore variabile tra 8 e 15 mm, racchiusa in un vano contornato da un canalino metallico contenente sali igroscopici, il tutto sigillato esternamente da una guarnizione saldata. Questo sistema garantisce una bassissima trasmittanza termica e di conseguenza una ridotta dispersione del calore interno ad un costo più che ragionevole.
ARCHITETTURA, DESIGN E RISPARMIO ENERGETICO
E’ indubbio che la moderna produzione vetraria ha notevolmente influito sull’architettura, e questa proprio con le nuove tecnologie fornite dal vetro, ha inventato un nuovo design che sta cambiando rapidamente il volto delle nostre città. Costruzioni trasparenti e al contempo in regola con le norme sul risparmio energetico, stanno prolificando in tutto il mondo quale simbolo universale del nuovo concetto dell’abitare. Dalle caverne alle prime capanne, dalle case in muratura ai fabbricati degli anni ’60, dai grattaceli del dopoguerra alla “nuvola di Fuxsas”, tutto cambia con l’evolversi dell’uomo e della sua tecnologia, alla quale il vetro ha partecipato attivamente negli ultimi quattromila anni.