Miglioramento delle prestazioni meccaniche del vetro strutturale tramite l'applicazione di rivestimenti funzionali = Enhancing the mechanical properties of structural glass with functional coatings

Il vetro è sempre più utilizzato dal mondo dell’architettura come materiale da costruzione. Le peculiari caratteristiche, in primis la trasparenza, e le ottime proprietà meccaniche lo rendono affascinante sia dal punto di vista estetico che prestazionale. Tuttavia la presenza di criticità come, ad esempio, la fragilità intrinseca causata dalla propagazione instabile delle fratture, l’effetto combinato di carichi di lunga durata ed azioni ambientali che determina una propagazione sub-critica dei difetti (fenomeno denominato tenso-corrosione), e l’assenza di duttilità necessaria per ridistribuire le concentrazioni di sforzi dovute a pressioni di contatto agenti lungo i bordi, limita la possibilità di sfruttare a pieno le proprietà meccaniche intrinseche del vetro. Alla luce di questo presupposto, la presente tesi ha l’obiettivo di sviluppare dei rivestimenti polimerici funzionali, reticolati tramite la tecnologia UV, che inibiscano la tenso-corrosione e che riducano le concentrazioni di sforzi in presenta di azioni di contatto. Il rivestimento anti tenso-corrosione presenta caratteristiche di idrofobia ad effetto barriera al vapore sul lato esposto all’aria ed adesione sulla faccia a contatto con il vetro. L’analisi della sua efficacia è condotta attraverso delle analisi sperimentali, utilizzando una configurazione di prova a doppio anello concentrico che conferisca uno stato flessionale biassiale ai campioni di vetro. Le prove sperimentali sono condotte su provini realizzati sia con vetro nuovo che invecchiato, in presenza ed in assenza di rivestimento, in condizioni di carico quasi-statico e ciclico. La rappresentatività delle prove è dimostrata tramite opportune analisi statistiche di Weibull. I risultati evidenziano un aumento della resistenza del vetro rivestito compresa tra il 60% e il 90% rispetto a quella dei corrispettivi vetri non trattati. Per quanto riguarda il problema della concentrazione delle tensioni lungo i bordi a causa di pressioni di contatto, l’efficacia di un rivestimento opportunamente progettato nella riduzione delle concentrazioni tensionali è analizzata mediante un’analisi numerica agli elementi finiti, a cui sono accostati i risultati analitici della meccanica del contatto Hertziano e i risultati della fotoelasticità. Son state effettuate simulazioni numeriche su diverse geometrie, quali, ad esempio, i casi di indentatore cilindrico e rettangolare su semispazio elastico, alla ricerca della configurazione che permettesse di ottenere i migliori risultati in termini di riduzione delle tensioni, variando spessore e proprietà elastiche del rivestimento.