Tecniche di diagnosi

Anche se la frattura si propaga completamente in pochi millisecondi, l'evoluzione della frammentazione segue una sequenza precisa. Per ogni evento di rottura c'è un punto preciso in cui inizia la frammentazione, noto come origine².

L'origine è associata a un difetto o ad una discontinuità preesistente che agisce da concentratore degli sforzi. Per il vetro cavo, la maggior parte delle volte, l'origine è posizionata sulla superficie esterna del contenitore, maggiormente soggetta ad urti, abrasioni, e in generale danneggiamenti meccanici. È comunque possibile che la frattura si origini dalla superficie interna del contenitore, quando è presente, ad esempio, un infuso.

Andando ad analizzare la superficie di frattura, è possibile individuare dei segni caratteristici, che forniscono informazioni quantitative e qualitative riguardanti la frattura stessa.

Uno dei più evidenti è il cosiddetto specchio di frattura. Quando una discontinuità della superficie inizia a propagarsi e formare una frattura, allo stadio iniziale della propagazione forma una superficie planare molto liscia e altamente riflettente attorno all'origine, nota come specchio di frattura. Se lo stress tensionale è di bassa entità, l'intensità dello stress rimarrà bassa all'apice della cricca durante tutto il processo di frattura e lo specchio si estenderà per una porzione molto ampia. Se la tensione invece è elevata, l'intensità dello stress all'apice della cricca aumenterà continuamente al propagarsi della rottura, formando molto

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precocemente delle instabilità sul fronte di frattura, con la formazione di una superficie non più liscia. La zona rugosa che si va così a creare è detta mist, e si va a formare quando la velocità di propagazione raggiunge la massima possibile nel materiale. La notevole energia elastica immagazzinata nel vetro, al momento della frattura, viene in parte dissipata con la creazione di questa superficie rugosa, ma se questo non è sufficiente il fronte di frattura può ramificarsi con la creazione di linee appuntite sulla superficie di frattura, dette velocity hackle.

Mist e velocity hackle delimitano lo specchio di frattura. La dimensione dello specchio di

frattura è molto utile perchè grazie a questo dato è possibile determinare l'intensità della tensione che ha causato la rottura (si rimanda al paragrafo 3.3.4).

La forma dello specchio dipende dal tipo di stato tensionale agente al momento della rottura. Nel caso di trazione uniforme lo specchio risulta essere chiuso completamente da mist e

velocity hackle (come quello rappresentato in figura 3.2), assumendo una forma semicircolare

centrata sull'origine. Nel caso di stress flessionali, lo specchio è delimitato dalla zona mist solo in corrispondenza della superficie su cui si trova l'origine, perchè il fronte di frattura viene ostacolato dagli sforzi compressivi. Lo stesso accade per stress non uniformi, per cui la tensione agente sulla parete è massima sulla superficie ma diminuisce rapidamente di intensità nello spessore.

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Figura 3.2: rappresentazione e fotografia al microscopio dell'origine di frattura, dello specchio, della zona mist e della zona dei velocity hackle.

Sulla superficie di frattura è possibile identificare altri segni molto utili:

 Linee di Wallner: sono linee curve identificabili sulla superficie di frattura nella maggior parte dei casi. Sono dovute ad ondulazioni del piano di frattura causate dall'interferenza tra l'avanzamento del fronte di frattura e l'onda elastica trasversale, creata dall'avanzamento della frattura stessa e riflessa dalle pareti del contenitore o da discontinuità. Questa interferenza causa una deviazione temporanea della direzione locale dello sforzo principale: dal momento che il fronte di frattura si mantiene perpendicolare allo sforzo, si inclina momentaneamente fuori dal suo piano originario, creando queste increspature. Le linee di Wallner sono i segni più utili per determinare la direzione di propagazione, e possono essere anche utilizzate per determinare la velocità della propagazione stessa. La direzione di propagazione è sempre dal lato

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concavo a quello convesso delle linee di Wallner, e questa peculiarità permette di risalire al punto in cui è posizionata l'origine (figura 3.3).

Figura 3.3: linee di Wallner

Un caso particolare è costituito dalle linee di Wallner terziarie: sono rappresentative di fenomeni d'urto, e appaiono come linee semicircolari molto evidenti, centrate sull'origine. Sono prodotte dall'interferenza tra l'avanzamento del fronte di frattura e l'impulso elastico generato da vibrazioni del campione dovute al rilascio della tensione al momento della rottura.

 Linea di arresto: se, procedendo, la frattura arriva in una regione dove lo stress applicato è insufficiente a provocarne la successiva propagazione, oppure il carico viene rimosso, la frattura si arresta. È però possibile che, dopo un certo tempo, la frattura inizi a ripropagarsi, sotto un diverso campo di tensione, in direzione differente rispetto alla precedente, creando un segno sulla superficie di frattura detto appunto linea d'arresto. La linea d'arresto è molto simile ad una linea di Wallner ma è più marcata, ed indica che la frattura si è fermata per un tempo finito.

 Hackle: linea parallela alla direzione locale di propagazione che separa due porzioni parallele, ma non complanari, della superficie di rottura.

 Striature: è possibile che su alcune superfici di frattura siano presenti delle linee tra loro affiancate, maggiormente definite delle linee di Wallner e ad esse perpendicolari, parallele alla direzione di propagazione. Derivano dalla sovrapposizione di uno sforzo di taglio allo sforzo di trazione principale e sono associate a fratture che stanno cambiando direzione o che si stanno spegnendo.

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