Capitolo 10 - Tubazioni - M. Leopardi - Costruzioni Idrauliche - Università de L'Aquila

Costruzioni Idrauliche Tubazioni 243

Capitolo 10 TUBAZIONI

Il trasporto dell’acqua è distribuito tra tubazioni realizzate con materiali con proprietà fisiche,

chimiche e meccaniche proprie che, a seconda dei casi , lo rendono più o meno idoneo alle reali

condizioni di utilizzazione.

Consequenzialmente le tubazioni realizzate con differenti materiali hanno un proprio caratteristico

campo di applicazione in funzione:

• delle pressioni di esercizio

• delle sollecitazioni dinamiche (traffico) o accidentali (sovrappressioni di moto vario)

• della tendenza alla corrosione

• della resistenza all’aggressività

A tutt’oggi non esiste ancora in Italia una legislazione o dei regolamenti che trattano della conser-

vazione delle reti di fognatura nei riguardi delle interazioni fisico-chimiche tra materiali ed ambiente

di posa. L’argomento è della massima importanza in quanto strettamente correlato alla durata nel

tempo dell’efficienza delle opere. I materiali di fognatura possono raggruppassi in quattro classi:

Nell’analisi comparativa tra tubazioni e canalizzazioni realizzate con differenti materiali, vengono

prese in esame le caratteristiche più salienti con specifico riferimento all'impiego nel trasporto di

liquami.

Costruzioni Idrauliche 244

Queste sono:

la resistenza alla corrosione

la resistenza all'abrasione

la resistenza al flusso

il comportamento meccanico

il tipo di giunto

la posa in opera

i pezzi speciali

Il mercato risponde in maniera esaustiva offrendo un’ampia gamma di prodotti che, a seconda del

materiale, possono essere classificati in tubazioni :

• Metalliche: acciaio, ghisa sferoidale; l’acqua, sempre presente nel terreno, ne determina il

comportamento elettrolitico. Le tubazioni metalliche, di acciaio e di ghisa, queste ultime in mi-

nore misura, vanno incontro a fenomeni di corrosione elettrochimica. Il fenomeno può essere

ingenerato sia dalla naturale formazione di pile galvaniche dovute all'eterogeneità del contatto

suolo metallo, sia dalla presenza nel suolo di correnti vaganti disperse da sistemi funzionanti a

corrente continua.

• Lapidee: calcestruzzo armato, sia ordinario che precompresso, cemento amianto, Ecored, ce-

ramico ; il calcestruzzo ed il cemento amianto, se ben lavorati, normalmente non destano pre-

occupazioni per l'interazione con l'ambiente di posa. Solo in particolari condizioni, quali quelle

connesse con eccesso di anidride carbonica, presenza di sali di magnesio e di solfati, è da at-

tendersi l'attacco chimico dei conglomerati e la consequenziale loro disgregazione.

• Plastiche: PVC (policloruro di vinile), PRFV (poliestere rinforzato con fibre di vetro) e PEAD

(polietilene ad alta densità). I polimeri, matrice delle tubazioni di materiale plastico, per loro

natura sono resistenti agli attacchi chimici da parte dei suoli, mentre la presenza di sostanze

addittivate può modificare tale comportamento.Il decadimento delle caratteristiche meccaniche

delle tubazioni di materiale plastico è dovuto all'assorbimento di acqua e dei suoi soluti, specie

i cloruri.

• materiali cotti o ceramici : essenzialmente tubazioni realizzate in grès ceramico; sono carat-

terizzati da spiccata resistenza all’azione chimica dell’ambiente. Ottima è la resistenza anche

nei riguardi delle sostanze considerate critiche per i materiali legati.

Per ciascun tipo di tubo verranno illustrati sinteticamente i processi di realizzazione ed i principali

campi d utilizzazione .


10.1 TUBI DI ACCIAIO

La realizzazione dei tubi di acciaio si articola secondo due grandi linee di produzione:

• Tubi senza saldatura :

il processo prevede due fasi distinte di lavorazione “a caldo”:

1.fase: foratura di un massello di acciaio per ottenere un cilindro cavo di grosso spessore e limitata

lunghezza;

2.fase: lavorazione del “forato” per laminazione per trasformarlo in tubo di limitato spessore e

sensibile lunghezza.

• Tubi saldati:

con campo di fabbricazione estremamente vasto da coprire l’intera gamma dei diametri commer-

ciali fino a dimensioni massime di circa 3000 mm. Anche in questo caso si distinguono due distinti

processi di fabbricazione:

1:fase: formatura del tubo che può essere realizzata con laminazione a freddo o a caldo, sia in mo-

do continuo che discontinuo;

2. fase: saldatura secondo diversi procedimenti;

La produzione dei tubi di acciaio si articola secondo vari procedimenti, illustrati sommariamente in

seguito, i quali si differenziano per le caratteristiche del materiale, semilavorato o finito, dal quale

di realizzano i tubi (Figura 1)

Figura 1. Schema di fabbricazione dei tubi di acciaio


10.1.a - Tubi senza saldatura

• Procedimento EHRHARDT o della Pressa a forare : un massello a sezione quadrata, preventi-

vamente portato alla temperatura di 1300°C, viene passato alla pressa, Figura 2, dove un pun-

zone lo trasforma in una matrice, cilindro cavo, con fondello di adeguato spessore.

Figura 2. Pressa a forare

Questo corpo cavo ottenuto dalla pressa viene spinto, sul fondello con un mandrino, attraverso un

banco di laminazione, Figura 3, realizzato con una serie forme anulari di diametri via via decre-

scenti fino a raggiungere il diametro esterno del tubo mentre, quello interno, è uguale a diametro

esterno del mandrino. Infine il tubo viene “staccato” dal mandrino mediante il passaggio tra due

cilindri ad assi obliqui che, provocando un lieve aumento del diametro interno, consentono

l’estrazione del tubo dal mandrino.

Figura 3. Banco di laminazione a spinta


• Procedimento MANNESMANN o del Laminatoio a Passo di Pellegrino.

Nel 1885 Reinhard e Max Mannesmann brevettarono un laminatoio a cilindri abbliqui. Risultato

di una serie di studi fondati dall’osservazione che durante la lavorazione di barre di acciaio passate

tra due cilindri disposti con gli assi sghembi e ruotanti nel medesimo verso, si veniva a creare,

all’interno e lungo l’asse longitudinale, una serie di incrinature che nel complesso venivano a cre-

are una cavità lungo tutta la barra. Il laminatoio è costituito da due cilindri rotanti, nelle stesso

senso e disposti con assi sghembi ( angolo 2α =10 °) giacenti su piani paralleli ed orizzontali. (Fi-

gura 4)

Figura 4

In un primo momento i fratelli Mannesmann credettero fosse possibile realizzare tubi di spessore

sufficientemente limitato con siffatta macchina ma esperienze successive convinsero che l’utilizzo

del laminatoio a cilindri obliqui dovesse essere limitato alla produzione del forato ed affidare ad al-

tra macchina il compito di trasformare i forati in veri e propri tubi. Il problema fu risolto mediante


il laminatoio a Passo di Pellegrino così detto per il particolare movimento del forato durante la

lavorazione. Pertanto la lavorazione di un tubo Mannesmann viene eseguita in due fasi:

1 fase: un massello di acciaio a sezione circolare, di opportune dimensione, alla temperatura di

circa 1300 °C, viene spinto tra i cilindri del laminatoio perforatore obliquo che gli imprimono un

moto di rotazione.( zona a) e ne riducono il diametro al valore minimo in corrispondenza della zona

b. Il materiale comincia ad aprirsi all’interno del massello (Figura 5)

Figura 5

A questo punto l’azione combinata della zona c dei cilindri e del mandrino C allargano e dimensio-

nano il diametro interno mentre l’esterno risulta determinato dalla distanza dei cilindri. Infine la

zona d, di calibrazione, regolarizza lo spessore e rende uniforme la superficie esterna del forato

che lascia il laminatoio perforatore obliquo sotto la forma di un cilindro cavo di grosso spessore e

limitata lunghezza. (Figura 6).

Figura 6

2. fase: la temperatura ancora elevata consente l’ulteriore lavorazione, nel laminatoio a passo di

pellegrino, di trasformazione del forato in tubo stendendolo su un mandrino calibrato con conse-

guente riduzione dello spessore. Il forato è sottoposto all’azione di due cilindri a sagoma eccentri-

ca, ruotanti , in questo caso, in senso opposto e sagomati in modo tale da determinare periodica-

mente, durante un intero giro, una fase a vuoto (BP) una fase di imbocco (PA) ed una fase

di calibratura (AB). .


Nella fase a vuoto, mandrino e fo-

rato vengono fatti avanzare fra i

due cilindri in modo che la zona

PA incida il forato impegnando una

parte di materiale che rifluisce

verso l’esterno. Poiché il raggio OP

è minore di OA la sezione di inizio,

più grande, diventa progressiva-

mente più piccola fino al minimo

su A.

Figure 7a -7b

Successivamente lungo l’arco AB avviene la fase di calibratura del tubo. Terminata la calibratura, il

complesso mandrino-forato-tubo, è nella posizione esterna estrema; la coppia di cilindri inizia di

nuovo la fase BP. Durante l’avanzamento libero, forato e mandrino ruotano di 90° per ripartire il

processo di laminazione su tutta la circonferenza del forato.

Figure 7c -7d

Con questo metodo si laminano tubi da 50 ÷ 650 mm; ulteriori lavorazioni a caldo (trafila ad e-

spansione) consentono di raggiungere spessori fino a 900 mm. Le lunghezze del tubo variano da 8

m a 13,5 m (Figura 8).


Figura 8.Laminatoio a “Passo di Pellegrino”

• Procedimento ASSEL

Essendo un procedimento di laminazione occorre realizzare in precedenza il forato che viene spinto

in un laminatoio realizzato con tre cilindri obliqui posti, tra loro, a 120°, su un mandrino calibrato

che ne determina il diametro interno dl tubo.(Figura 9)

F

Figura 9


La prerogativa di questo procedimento è quello di contenere le tolleranze sullo spessore che risulta

medio–grande e lunghezza del tubo piuttosto limitata.

• Laminatoio Continuo:

come evidenziato in Figura 10 , il laminatoio continuo è costituito da una successione di gabbie mo-

trici con coppie di cilindri scanalati posti su piani sfalsati di 90°. I diametri delle gole sono progres-

sivamente decrescenti e pertanto la laminazione del forato avviene su un mandrino interno su cui

viene steso l’acciaio. Il tubo viene sfilato come descritto nel procedimento Ehhardt.

Figura 10 . Laminatoio continuo


10.1.b. LSAW - Tubi da lamiera saldati longitudinalmente formati a freddo

I tubi a saldatura longitudinale vengono prodotti, con un processo schematizzato nella Figure 11 e

12, con macchine continue e sono ottenuti da lamiere di larghezza pari allo sviluppo del perimetro

della sezione del tubo. I diametri in produzione sono compresi tra 400 mm e 1400 mm. Con spes-

sori massimi fino a 18 mm, utilizzando presse ad U e presse ad O capaci, rispettivamente, di sforzi

di 5.000 e 20.000 tonnellate .

Figura 11


Figura 12

La saldatura interna ed esterna avviene ad arco elettrico sommerso ; l’arco scocca fra i bordi del

tubo da saldare e l’elettrodo formato da uno o più fili nudi che costituisce il materiale d’apporto. La

protezione dall’ossidazione è ottenuta mediante un’apposita polvere che sotto l’azione dell’arco

fonde favorendo anche il riscaldamento dei bordi da saldare. L’alta frequenza della corrente di sal-

datura consente il riscaldamento di una zona molto limitata dei lembi da saldare.

Subito dopo la saldatura viene effettuata la scordonatura ed un trattamento termico (normalizza-

zione) ad induzione della zona termicamente alterata per ricondurla ad una struttura metallografica

omogenea.

10.1.c. SSAW - Tubi da nastro saldati a resistenza e formati a freddo

a. Saldatura elicoidale

I tubi a saldatura elicoidale sono ottenuti da nastro di acciaio (coils). Anche questi tubi vengono re-

alizzati con macchine continue (Figure 13÷15) che offrono una maggiore elasticità di produzione

per un più semplice e rapido adattamento alle variazioni del diametro dei tubi da produrre, con la

sola variazione del passo dell’elica (Figura 14).

I diametri in produzione sono compresi tra 300 mm e 2500 mm. La lunghezza dei tubi varia tra 8

m e 13,5 m.


Figura 13

Figura 14


Figura 15

10.1.d. FM - Tubi da nastri saldati Fretz-Moon

Nel processo di fabbricazione dei tubi Fretz-Moon il materiale di partenza è il nastro che viene svol-

to, spianato e, tramite gabbia trascinatrice, viene mandato in forno di riscaldo a passaggio, dove i

bordi vengono riscaldati con fiamma di-

retta fino a 1300°C. Tramite cilindri

formatori (Figura 16) il nastro viene

portato ad assumere la forma cilindrica.

Sui bordi avvicinati viene insufflato os-

sigeno che eleva la temperatura fino al

color bianco.

I bordi vengono premuti l’uno contro

l’altro da appositi rulli di pressione, ot-

tenendo un’ottima saldatura priva di

cordone. Lo sbozzato così ottenuto vie-

ne fatto passare al riduttore a stiramen-

to (Figura17) che ne determina il dia-

metro e lo spessore finiti. Al termine

vengono tagliati da una sega volante al-

Figura 16


la lunghezza desiderata ed avviati al raffreddamento (in aria ed acqua). Questo procedimento viene

utilizzato per “tubi gas” fino al diametro di 3”

Figura 17. Riduttore a stiramento

10.1.e. ERW - Tubi da nastri saldati a resistenza elettrica

Lo schema di Figura 18 mostra le principali fasi di fabbricazione. Il nastro viene introdotto nei rulli,

o cilindri formatori, che gli conferiscono gradualmente una forma a sagoma circolare. Nel processo

di saldatura longitudinale la corrente ad alta frequenza riscalda, per induzione, i bordi fino alla

temperatura di saldatura; opportuni dispositivi di compressione li accostano fino ad ottenere la sal-

datura . Al termine vengono tagliati da una sega volante alla lunghezza desiderata ed avviati al raf-

freddamento (in aria ed acqua). Questo procedimento viene utilizzato per la produzione di tubazio-

ni dal diametro di 40 mm al diametro di 500 mm.

Figura 18


10.1.f. Controlli , preparazione e rivestimenti delle tubazioni in acciaio

Infine il tubo, controllato a vista e con sistemi elettromagnetici e provato idraulicamente, è avviato

alla finitura. (Figura 19)

Figura 19. Lavorazioni e controlli finali

Per la protezione delle condotte interrate dalla corrosione viene attuata con rivestimenti di sostanze

bituminose; lo strato di bitume, continuo ed aderente all’acciaio costituisce l’effettiva protezione del

tubo dalla corrosione ed è a sua volta difeso da azioni meccaniche accidentali esterne (urti durante

il trasporto, lo scarico e la posa in opera) con un’armatura di rinforzo costituita da fasciatura con

nastri di tessuto di fibra vetrosa. Questa nel caso in cui la tubazione è impiegata per condizioni

normali di esercizio è realizzata con doppio strato di feltro di vetro impregnato con la stessa mi-

scela bituminosa e da un successivo strato di finitura di idrato di calcio.

10.1.g. Giunzioni e Montaggio tubazioni

Una condotta è realizzata da un sistema di tubazioni la cui continuità idraulica è garantita dalla pre-

senza dei giunti.

Quando questi vengono realizzati con saldatura e con incollaggio, la condotta diviene struttural-

mente coerente ed in grado di resistere a sforzi longitudinali; quando vengono realizzati con bic-

chiere e con manicotto, entrambi con anello di tenuta di materiale elastomerico, la condotta risulta

strutturalmente incoerente e , pertanto, la stabilità longitudinale viene assicurata da sistemi di an-

coraggio.

Giunzioni saldate: il perfezionamento della saldatura elettrica ha diffuso l’impiego,

nell’acquedottistica, dei giunti saldati: di testa, a bicchiere cilindrico per DN ≤ 125 mm e bicchiere

sferico per DN ≥ 150 mm (Figura 19). Questo tipo di giunzione elimina i problemi di tenuta e con-

seguentemente delle perdite ed inoltre realizza la monoliticità del sistema come precedentemente


accennato.

L’impiego del giunto sferico consente, durante la fase di montaggio, deviazioni plano-altimetriche

fino a 5°.

a. saldato di testa b. bicchiere cilindrico c. bicchiere sferico

Figura 20. Giunti per saldatura

Giunzioni flangiate: le estremità del tubo possono essere munite di anello di appoggio saldato

per sovrapposizione o con flange, saldate di testa, all’estremità del tubo (Figura 21). La giunzione,

con interposizione di una guarnizione e serraggio dei bulloni, risulta rigida e comporta la coassialità

dei pezzi. Pertanto questo tipo di giunzione male si presta nel caso di condotte interrate nelle quali,

peraltro, i bulloni sarebbero esposti alla corrosione. Pertanto, le giunzioni a flangia sono utilizzate

all’interno dei manufatti dove, per la presenza di particolari valvolismi, è necessario l’assemblaggio

di questi sulla condotta.

a. flange libere con anelli di appoggio saldati b. flange saldate di testa

Figura 21. Giunto a flangia

Giunzioni speciali (Figura 22).

a. Giunto Victaulic: di facile installazione è particolarmente indicato per condotte provvisorie a

motivo della rapidità di montaggio e smontaggio .

b. Giunto Gibault : con guarnizioni di tenuta in gomma, che come i similari Dresser e Viking-

Johnson , non richiedendo saldature viene utilizzato come giunto di smontaggio.

c. Giunto di dilatazione a cannocchiale


d. Giunto sferico tipo irrigazione, studiato per consentire facilità di montaggio e smontaggio e

forti deviazioni plano-altimetriche trova impiego per condotte mobili.

Figura 22. Giunto speciali

e. Giunzioni a bicchiere

Alle routinarie giunzioni per saldatura la Società Alessio Tubi ha realizzato , limitatamente ai diame-

tri compresi tra DN 150 ÷ 500 mm, un tipo di tubo caratterizzato da un bicchiere doppiamente sca-

nalato in cui trova sede una guarnizione di tenuta in elastomero. (Figura 23).

Figura 23. Tubi di acciaio saldati con giunto rapido a

bicchiere ed elastomero di tenuta

L'impiego delle tubazioni di acciaio nel campo delle fognature è molto limitato dati i no-

tevoli problemi legati ai fenomeni di corrosione del materiale. Le rare applicazioni sono

limitate a brevi condotte di mandata di impianti elevatori.


10. 2 TUBI DI GHISA

La ghisa è un materiale ferroso con elevato contenuto di carbonio. Nella fase di raffreddamento

dallo stato fuso si ha la separazione di grafite sotto forma lamellare distribuita nella massa metalli-

ca. La presenza di grafite consente la lavorabilità della ghisa ma la rende, nel contempo, fragile e

poco resistente. Nel 1950, ricercatori americani, aggiungendo alla ghisa fusa alla temperatura di

circa 1350 °C, piccole quantità di magnesio, ottennero la ghisa sferoidale, caratterizzata dalla pre-

senza di grafite libera in forma di noduli. Le caratteristiche meccaniche del nuovo materiale risulta-

no confrontabili con quelle dell'acciaio per tubazioni, con perdita della fragilità e resistenza a trazio-

ne pari a 40-50 kg/mm2.

Ghisa grigia: la grafite si

presenta sotto forma di lamelle

che si comportano come micro-

cricche interne. Ai bordi delle

lamelle agiscono punti di

tensione in seguito alla

concentrazione di linee di forza

causando rotture di tipo fragile

senza deformazione plastica.

A

Ghisa sferoidale o duttile:

assenza di concentrazione di

linee di forza poiché la grafite si

presenta sotto forma di miscro-

sfere. Pertanto si avrà

deformazione plastica senza

rotture di tipo fragile.

B

Figura 24. Micrografia di una ghisa grigia A ed una ghisa sferoidale B

I tubi di ghisa venivano realizzati con ghisa grigia di seconda fusione colata entro forme verticali

realizzate con terra di fonderia secondo la più antica tradizione adottata per costruire i cannoni. Le

prime utilizzazioni di questi tubi risale al 1445 per la realizzazione di un acquedotto per il castello di

Dillimgurb (Germania) , rimasto in esercizio fino al 1760, anno di distruzione del castello.

Nel 1639 : condotte Medicee in Firenze – ancora

in esercizio per alcuni tronchi ; nel 1644 realizza-

zione delle condotte di Versailles, in parte ancora

in esercizio .

La ghisa sferoidale è ottenuta per fusione, al cu-

bilotto (1), di ghisa in pani, rottami di ghisa, ac-

ciaio e ferro leghe. Dal cubilotto la ghisa passa

ad un forno elettrico (2) il quale assicura uni-

Figura 25


formità di composizione e di temperatura. Il successivo trattamento di sferoidizzazione (3) si rag-

giunge aggiungendo piccole quantità di magnesio (≈ 0,06%). (Figura 24)

I tubi di ghisa sferoidale vengono prodotti per centrifugazione entro conchiglia metallica (metodo

De Lavaud-Arens ) o entro cassaforma rivestita con terra da fonderia (metodo Moore).

10.2.1 METODO De Lavaud-Arens

La ghisa liquida viene versata, con apposi-

to canale ed in quantità, in peso, occor-

rente per realizzare il tubo dello spesso-

re assegnato (funzione della pressione di

esercizio alla quale viene assegnato) nella

conchiglia , raffreddata ad acqua, posta in

veloce rotazione e traslazione, per tutta la

sua lunghezza Il metallo liquido, tenuto a

contatto con la superficie interna della

Figura 26 conchiglia dalla forza centrifuga, solidifica

e forma il tubo, mentre la estremità opposta della conchiglia è chiusa da un’anima riproducente la

sagoma interna del bicchiere (Figura 26).

Al termine della centrifugazione il tubo e-

stratto viene avviato al forno di ricottura,

nel quale subisce un trattamento termico

per trasformare la struttura della matrice

perlitica, causata dal rapido raffreddamen-

to della conchiglia, in una struttura ferriti-

ca. (Figura 27)

Figura 27

I tubi sono mantenuti nel forno a riverbero per circa 25 minuti alla temperatura di circa 900 °C;

infine raffreddati lentamente vengono estratti dal forno alla temperatura di circa 300 °C .

10.2.2 METODO MOORE

Questo processo di fabbricazione, adottando conchiglie rivestite con terra di fonderia (materiale re-

frattario) con conseguente lento raffreddamento del tubo, evita il trattamento di ricottura. A fronte

di un risparmio energetico è più laboriosa la fase di preparazione delle conchiglie che devono esse-

re rivestite prima di ogni colata ed un conseguente rallentamento della catena di produzione.

10.2.3. Rivestimenti protettivi e tinteggiature

Terminato il processo di fabbricazione i tubi sono avviati alla zincatura e collaudati idraulicamen-

te. A questo punto viene applicato, internamente e per centrifugazione, un rivestimento realizzato

con malta di cemento alluminoso che conferisce al tubo un miglior coefficiente di scabrezza. Al

termine della stagionatura del rivestimento interno le tubazioni vengono verniciate, esternamente,

con vernici bituminose applicate a spruzzo (Figura 28).


Figura 28

I tubi di ghisa sferoidale sono prodotti in barre lunghe 6 m con diametri variabili da 40 mm a 2600

mm (Figura 29) . Il giunto è a bicchiere con tenuta assicurata da guarnizione di gomma .

Figura 29


L’evoluzione tecnologica dei tubi di ghisa ha affiancato alla gamma di base nuove tubazioni :

Integral (per fognature) - con rivestimento

esterno in zinco metallico ricoperto da una

vernice epossidica di colore rosso per dare la

possibilità di identificazione delle reti di fogna-

tura una volta posate;

Natural (per acquedotti) – con rivestimento esterno multistrato zinco + alluminio dove l’alluminio

ha la funzione di prolungare, nel tempo, l’azione protettiva dello zinco e quindi la durata del tubo.

Un’ulteriore protezione è data da un ulteriore rivestimento di finitura con vernice epossidica di az-

zurro che sostituisce la tradizionale vernice bituminosa.

Alpinal : (per innevamento artificiale) – rappresentano

un sistema di tubi e raccordi antisfilamento, resistente

fino ad una pressione interna di 100 bar

10.2.4. Giunzioni e Montaggio tubazioni

La giunzione dei tubi di ghisa avviene essenzialmente introducendo l’estremità liscia del tubo nel

corrispondente bicchiere. Anticamente l’intercapedine anulare risultante veniva riempita di piombo

fuso ribattuto a freddo, realizzando un giunto di tipo plastico soggetto, anche per piccoli cedimenti,

a perdite. Con l’avvento della ghisa sferoidale, caratterizzata dalle elevate capacità elastiche, sono

state ricercate tipologie di giunti che assicurassero anche una perfetta tenuta idraulica del giunto.

Questo si è reso possibile anche per la creazione di mescole di gomma naturale e sintetica partico-

larmente pure, chimicamente stabili, esenti da forme di invecchiamento e rilassamento, sicure dal

punto di vista igienico e conformate in modo da assicurare, con la sola compressione, la tenuta i-

draulica. Questi giunti sono essenzialmente di due tipi :


• Automatico o Rapido ( push on joint) Figura 30 la

giunzione è ottenuta per compressione di una

guarnizione in elastomero EPDM (etilene-

propilene), inserita nell’apposito alloggiamento

all’interno del bicchiere, sulla canna del tubo im-

boccato. La particolare forma tronco-conica ed il

profilo divergente, a coda di rondine, assicurano la

compressione necessaria alla tenuta trasmettendo

la pressione dell’acqua alla superficie cilindrica di

contatto con la tubazione generando forze antisfi-

lamento proporzionali alla pressione interna. Figura 30 . Giunto Rapido

La Figura 31 illustra le fasi di montaggio dei tubi di ghisa con Giunto Rapido .

Pulizia accurata dell’interno del bicchiere, sede della guarnizione, e dell’estremità liscia del tubo

da imboccare;

tracciamento della linea di fede di lunghezza inferiore di 10 mm rispetto alla profondità del bic-

chiere; questo giuoco, all’interno del bicchiere, ha lo scopo di assicurare la discontinuità elettrica

e meccanica della condotta;

introduzione della guarnizione con la coda di rondine rivolta verso il fondo del bicchiere;

verificata la coassialità delle tubazioni , avviene la messa in tiro fino a quando la linea di fede

raggiunge il lembo del bicchiere.

Figura 31. Procedure per il montaggio di tubazioni di ghisa con il Giunto Rapido


• Meccanico o Express (mechanical joint) Figura 32. Que-

sti tipi di giunto conferiscono una notevole elasticità al-

la condotta consentendo deviazioni angolari tra tubi

contigui , senza alcuna riduzione della tenuta idraulica,

anche per eventuali depressioni in condotta ( ad esem-

pio in fase di vuotatura dell’acquedotto).

Figura 32. Giunto Express

La Figura 33 illustra le fasi di montaggio dei tubi di ghisa con Giunto Express .

Pulizia accurata dell’interno del bicchiere, sede della guarnizione, e dell’estremità liscia del tubo

da imboccare;

Inserimento della controflangia sull’estremità liscia del tubo, con la concavità rivolta verso il

bicchiere e successiva introduzione della guarnizione;

tracciamento della linea di fede di lunghezza inferiore di 10 mm rispetto alla profondità del bic-

chiere; questo giuoco, all’interno del bicchiere, ha lo scopo di assicurare la discontinuità elettrica

e meccanica della condotta;

introdurre l’estremità liscia del tubo fino a far coincidere la linea di fede con il piano frontale

del bicchiere;

far scorrere la controflangia fino a farla aderire alla guarnizione e serrare, progressivamente,

con chiave dinamometrica i dadi con passate successive e seguendo lo schema di serraggio

Figura 33. Procedure per il montaggio di tubazioni di ghisa con Giunto Express

Nelle tubazioni unite con giunti a bicchiere la pressione interna P agisce perpendicolarmente a

qualsiasi piano generando una forza f=P*ω (ω area della sezione) .

Tutte le componenti radiali sono contenute dallo spessore della parete del tubo; le componenti

assiali agiscono su di un piano perpendicolare all’asse del tubo. Nel caso di un cambio di direzione

le forze P*ω si compongono in una forza risultante F (Figura 34).


Figura 34

Generalmente queste forze risultanti sono bilanciate da blocchi di ancoraggio, opportunamente di-

mensionati, o solidarizzando le tubazioni in tratte sufficientemente lunghe per equilibrare queste

forze con l’attrito che si genera tra condotta e terreno. Nelle tubazioni di acciaio la solidarizzazione

delle tubazioni è conseguente alla giunzione per saldatura mentre nella tubazioni di ghisa possono

essere utilizzati giunti antisfilamento.

Rapido Vi : nella guarnizione, simile per forma e nelle

modalità di messa in opera del giunto rapido gia descritto,

sono annegati inserti metallici, che aderendo all’estremità

liscia del tubo, si ancorano per attrito quando la condotta

viene messa in pressione.

Universal Tyton Novo-Sit ed Universal Tyton Tis-K

Nel primo tipo viene posizionato un anello di fissaggio all’interno del bicchiere, nella camera antifi-

lamento di forma concava; la guarnizione , di superficie convessa a sezione trapezoidale, è realiz-

zata con inserti metallici e la tenuta del giunto è garantita, inoltre, dall’appoggio dell’anello su un

cordone di saldatura effettuato sull’estremità liscia del tubo.

Nel tipo Tis-K l’anello di fissaggio

ha un taglio, che nella fase di mon-

taggio dovrà essere posizionato in

alto, al cui interno viene inserito un

cuneo il quale viene ruotato di 90°

verso il fronte del bicchiere .

Successivamente viene agganciato alla parte superiore del bicchiere.


Ai tubi per condotta si unisce una vasta gamma di pezzi speciali (Figura 35), realizzati per colata

entro forme fisse della ghisa fusa, con le estremità generalmente a bicchiere o a flangia, all’interno

dei manufatti, o quando è necessario introdurre riduzioni, giunti di smontaggio e valvolismi (Figura

36)

Figura 35 Figura 36. Giunto di smontaggio e Gibault per tubi di ghisa .

Raccordi tra elementi flangiati ed a bicchiere

Data la limitata resistenza della ghisa alla corrosione, in ambienti di posa particolarmen-

te aggressivi le tubazioni vengono interrate avvolte con guaine di polietilene. La resi-

stenza all'urto ed all'abrasione è condizionata dalla resistenza del rivestimento interno

dei tubi di ghisa sferoidale realizzato con malta cementizia. Le caratteristiche idrauliche

delle tubazioni di ghisa sferoidale, legate al rivestimento cementizio interno, sono buone.

Il giunto è a bicchiere con tenuta garantita da guarnizione di gomma. La posa in opera è

condizionata dal peso elevato delle tubazioni. Il tubo, rigido, non richiede particolari pre-

scrizioni per il letto di posa e per il rinfianco.

10.3 TUBI IN MATERIALI LAPIDEI

Il conglomerato cementizio è un materiale con bassa resistenza a sollecitazioni di trazione e ca-

ratteristiche di materiale fragile. Pertanto è necessario introdurre nel materiale armature metalli-

che, che elevando la resistenza a trazione, riescono a contenere le deformazioni al disotto del limite

di fessurazione.

Nel tempo, miglioramenti dei sistemi di controllo dei materiali adottati, la scelta di inerti opportu-

namente dosati, la riduzione degli spessori con l’affermarsi della tecnica della pre-compressione,

procedimenti di fabbricazione tecnologicamente avanzati ed infine un maggiore controllo sulla qua-

lità hanno consentito l’utilizzo di questi tipi di tubazioni. La scelta degli inerti, delle armature e le

modalità di costruzione variano a seconda del campo di utilizzazione della tubazione.

10.3.1 Tubi di cemento armato ordinario CAO

I tubi in cemento armato ordinario (c.a.o.) hanno armatura costituita da una o due gabbie realizza-

te con ferri longitudinali e ferri trasversali sagomati ad elica.


I tubi di cemento armato ordinario vengono normalmente costruiti secondo due procedimenti:

a) calcestruzzo gettato entro forme cilindriche poste in opera verticali contenenti le armature lon-

gitudinali e trasversali, vibrato per dare compattezza al prodotto finale;

b) calcestruzzo centrifugato entro cassaforma orizzontale rotante contenente le armature.

La forza centrifuga assicura compattezza al prodotto che per i calcestruzzi per tubazioni è una ca-

ratteristica essenziale per assicurare al prodotto finito la impermeabilità e la protezione delle arma-

ture dalla corrosione.

Figura 37. Costruzione dei tubi di Cemento Armato Ordinario

Un particolare tipo di tubo in CAO è rappresentato dai Bonna (Figura 38), realizzati da un cilindro

di lamierino di acciaio, dello spessore minimo di 2 mm, con estremità rinforzate da anelli di lamiera

conformati , in un’estremità , a bicchiere. Esternamente il tubo è armato come al punto a) e rivesti-

to con cls per uno spessore non inferiore a 2,5 cm; il rivestimento interno, per piccoli spessori, è di

cls. semplice applicato per centrifugazione; per grandi diametri viene posta anche un’armatura in-

terna.

Figura 38. Tubi Bonna – Particolare giunto


10.3.2 Tubi di cemento armato precompresso CAP

I tubi in cemento armato precompresso sono dotati di armature di precompressione longitudinale e

radiale. La prima ha la funzione di conferire resistenza alla flessione al tubo sia nel trasporto, nella

posa in opera e per eventuali cedimenti del piano di posa; la seconda assolve al compito di elimi-

nare sforzi di trazione del calcestruzzo per effetto della pressione interna e dei carichi esterni.

A seconda del procedimento di precompressione si possono avere due soluzioni:

a) viene realizzata la precompressione radiale con eliche di filo d’acciaio armonico avvolte sotto

tensione su un tubo-nucleo , precedentemente fabbricato con armature longitudinali pretese.

L’elica di precompressione, bloccata sul tubo, viene ricoperta con intonaco di protezione a sua

volta ricoperto con uno strato di mastice bituminoso armato con tessuto di fibre di vetro. La

precompressione longitudinale è importante anche in fase di realizzazione della precompressio-

ne radiale per evitare fessurazioni tra la zona cerchiata e quella ancora libera, effetto salcic-

cia. (Figura 39)

Figura 39. Fabbricazione dei tubi di CAP con tubo nucleo

b) una gabbia realizzata da un’elica di filo di acciaio sostenuta, non in tensione, su ferri piatti sca-

nalati, integrata da un’armatura di precompressione longitudinale viene predisposta all’interno

di due forme cilindriche verticali e coassiali, distanziate dello spessore previsto del tubo. La sa-

goma esterna, realizzata in metallo, è suddivisa in settori metallici trattenuti da un sistema di

molle tarate; la forma interna, realizzata in gomma, è libera di espandere. Le due forme ripro-

ducono, in basso, la sagoma del bicchiere.

Posta in tensione l’armatura longitudinale, viene realizzato il getto, opportunamente costipato

con vibratori.

Durante la maturazione con vapore viene dilatata la cassaforma interna la quale trascinando il

getto di cls e l’armatura elicoidale la mette in tensione. La deformazione è controllata dai set-

tori cilindri esterni. Raggiunta la maturazione, viene tolta pressione alla cassaforma interna e

liberata l’armatura longitudinale. (Figura 40)


Figura 40. Fabbricazione dei tubi di CAP con precompressione totale

Secondo la vigente Normativa italiana, il passaggio da c.a.o. a c.a.p. è condizionato da valori

maggiori di 600 kg/cm del prodotto p∗D, con p in kg/cm2, pressione massima di esercizio e D in

cm, diametro della tubazione.

I diametri dei tubi di calcestruzzo variano da 500 mm a 3500 mm. Dato il notevole peso, la lun-

ghezza è limitata e, per i diametri maggiori, non supera i 3 m .

Il tipo di giunto caratteristico delle tubazioni di calcestruzzo è il giunto a bicchiere, ottenuto durante

la fase di costruzione del tubo, con guarnizione di gomma sintetica. (Figura 41) L’estremo interes-

sato dal bicchiere viene opportunamente rinforzata sia con aumento dello spessore e sia con rinfor-

zo dell’armatura

Figura 41. Giunti per tubazioni in CAO e CAP


I pezzi speciali delle tubazioni c.a.o e c.a.p., di norma in acciaio, sono realizzati per saldatura di e-

lementi ottenuti da canne dritte o da fogli di lamiera opportunamente tagliati, sagomati e saldati.

I tubi di calcestruzzo prefabbricati a sezione policentrica ovoidale e mistilinea vengono realizzati

con getto di calcestruzzo entro forme verticali vibranti. Per i tubi realizzati con getto in opera, si

utilizzano casseforme metalliche sagomate secondo le sezioni tipiche adottate nelle reti di fognatu-

ra. I cementi impiegati sono di vario tipo, portland, ferrici, pozzolanici, d'alto forno, con resistenza

caratteristica a 28 giorni pari a 325 kg/cm2. Per ambienti di posa molto aggressivi è necessario

prescrivere cementi idonei. La resistenza dei calcestruzzi all'aggressione da parte di sostanze acide

ed alcaline è modesta così come la resistenza all'urto ed all'abrasione. Per tale ragione le canalizza-

zioni di calcestruzzo di regola sono realizzate con tubi rivestiti nella zona inferiore a contatto con i

liquami con fondello e mattonelle di gres. L’utilizzo diffuso dei tubi di calcestruzzo nel campo delle

fognatura è dovuto, oltre al basso costo, al fatto che gli effetti dell'aggressività da parte dell'am-

biente di posa si manifestano a tempi lunghi, dato il notevole spessore delle tubazioni, malgrado

l'elevato peso che , associato alla limitata lunghezza dei tubi, 1,0-2,0 m, ne rendono lente le ope-

razioni di posa.

10.3.3 - Tubi CPC Composito Polimeri e Cemento (ex Cemento amianto)

La Legge n.°257 del 27.3.1992 “Norme relative alla cessazione dell’impiego dell’amianto” sancisce

il divieto dell’estrazione, importazione, esportazione, commercializzazione e produzione di amianto

e dei prodotti contenenti amianto. Per le tubazioni ed i serbatoio, utilizzati per il trasporto e lo stoc-

caggio dell’acqua per usi civili ed industriali, venne concessa una deroga di due anni.

Il problema, in breve, riguarda la possibile cessione di fibre di amianto in presenza di acque parti-

colarmente aggressive che potrebbero sciogliere il cemento dalla superficie interna della tubazione.

Ciò priverebbe di protezione le fibre di amianto le quali non sarebbero più incapsulate nella matrice

di cemento e quindi potrebbero essere rilasciate nell’acqua, con effetto inquinante. Appunto per

questo le tubazioni di cemento amianto, utilizzate nel campo acquedottistico, non risultano perico-

lose alla salute in quanto è stato dimostrato che le fibre di amianto sono nocive se inalate; di

conseguenza il problema insorge sia nella fase iniziale di fabbricazione del tubo, quando l’amianto

veniva macinato per suddividerne le fibre, e sia nella necessità di rimuovere o sostituire una con-

dotta in fibrocemento tuttora in esercizio.

Per tutto quanto esposto oggi le tubazioni di fibro-cemento vengono prodotte ovviamente senza

amianto impiegando fibre sintetiche di materie plastiche e cellulosa (le quali conferiscono al mate-

riale una sufficiente resistenza a trazione) con cemento ed acqua di impasto realizzando tubazioni

in CPC, Composito Polimeri e Cemento, utilizzati nel campo delle smaltimento delle acque reflue i

quali vengono realizzati con tecnologia analoga a quella utilizzata, per anni, per la produzione dei

tubi di cemento-amianto.

La Figura 41 riproduce lo schema del ciclo di produzione dei tubi in CPC. Nel miscelatore viene pre-

parata una malta di cemento e polimeri molto liquida che viene avviata nella macchina di produ-

zione, detta Vasca olandese (Figura 42). Qui viene prelevata da un cilindro pescatore e stesa su un

nastro continuo, di tessuto permeabile di larghezza uguale alla lunghezza del tubo da realizzare,

trasportata ed avvolta, in strati sottili, sopra un mandrino rotante fino a raggiungere lo spessore

programmato.


Figura 42. Schema del ciclo di produzione dei tubi in cemento amianto

Contemporaneamente l’impasto, compresso da rulli, perde l’acqua in eccesso ed acquista compat-

tezza. Dopo l’avvolgimento, il tubo, supportato dal mandrino, passa alla calandratura e dopo sfilato

passa alla fase prestagionatura al forno e stagionatura in ambiente umido.

Al termine di questa fase le due estremità del tubo vengono tagliate e tornite per la predisposizio-

ne del giunto che , generalmente, è a manicotto con anelli di tenuta in gomma o con giunti Gibault

con manicotto e flange di ghisa e guarnizioni di tenuta in polimero o gomme sintetiche. I diametri

delle tubazioni CPC variano da 200 mm a 1200 mm mentre la lunghezza delle barre è di 5 m.

Figura 43 . Macchina tubi o Vasca Olandese


Il giunto per questo tipo di tubazioni viene realizzato con un manicotto di uguale materiale con te-

nuta idraulica garantita da guarnizione elastomerica. (Figura 44)

Figura 44. Giunto a manicotto per tubi di fibrocemento CPC

Entro i manufatti di ispezione, in corrispondenza di apparecchiature, si adotta il giunto Gibault (Fi-

gura 45), utilizzato anche per riparazioni e sostituzioni di tubi deteriorati. (Figura 46)

Figura 45. Schema di mon-

taggio di Giunto Gibault per

tubazioni in CPC


Figura 46. Riparazione e sostituzione di una tubazione in CPC

Infine le curve ed i pezzi speciali sono in ghisa o in acciaio con le estremità predisposte alla giun-

zione con i giunti della tubazione.

I tubi CPC, caratterizzati da elevata compattezza, presentano una buona resistenza nei confronti degli ordinari agenti aggressivi, acidi ed alcalini, del terreno di posa e delle acque di fogna. Analogamente ai tubi di calcestruzzo sussiste il rischio di aggressione da parte dell'acido solforico. La resistenza del-le tubazioni agli urti, data la intrinseca fragilità del prodotto, è molto bassa. La resistenza all'abrasione, di contro, è notevole data la già richiamata elevata compattezza. La tecnologia di produzione delle tu-bazioni di CPC assicura una superficie interna liscia e poco porosa.


10.3.4. Tubazioni di gres

Argilla, acqua e fuoco sono i componenti principali dei tubi di gres ceramico prodotti in barre lunghe

2,0 m. I diametri variano da 200 mm a 800 mm. Il giunto è a bicchiere con tenuta idraulica garan-

tita da guarnizione prefabbricata e solidale al tubo realizzata con resina poliuretanica.

Il ciclo di produzione è riprodotto nello schema di Figura 47.

Le argille, prelevate nelle cave, dosate in quantità proporzionali e sottoposte ad un controllo di

qualità (1), vengono introdotte nei mescolatori ad elica per essere frantumate e raffinate per otte-

nere un impasto omogeneo (2) al quale si aggiunge la chamotte (3), scarti di lavorazione o quelli

derivati dalla presenza di tubi difettosi o dalla rottura degli stessi, che viene reintrodotta nel ciclo

produttivo. L'impasto, opportunamente umidificato (4), passa all’insilatore, per la plastificazione,

ad ai reparti di estrusione (5) dove i tubi ed i vari manufatti in gres vengono formati. I tubi vengo-

no posti in carrelli metallici ed introdotti in capaci essiccatori a tunnel (6). Dopo essiccati, vengono

immersi in un bagno di engobbio (7- Figura 48) e sottoposti a successivo trattamento termico di

cottura e vetrificazione dove, superato un tunnel di preriscalamento, sono immessi nel forno per

circa 70 ore alla temperatura di circa 1100° (8).

Figura 47


La cottura ad alte temperature aumenta la coesione

del materiale, che acquista in durezza e resistenza

meccanica, chiude le porosità e vetrifica le superfici

rendendo il tubo impermeabile e con elevata resi-

stenza nei confronti di tutte le sostanze aggressive,

acidi ed alcali, del terreno di posa e delle acque di

fogna. Fà eccezione il solo acido fluoridrico. I pezzi scelti e classificati (9) vengono dotati di giun-

zioni flessibili in poliuretano (Figura 48) .

Figura 48. Bagno di engobbio

Figura 49. Guarnizione in poliuretano

Il particolare profilo del giunto, le caratteristiche di elasticità del materiale nonché l’interferenza

tra punta e bicchiere consentono di ottenere giunzioni di tenuta idraulica fino a o,5 bar e minimi di-

sassamenti ( Figura 50 - 80 mm per metro per tubi < 20 cm , 30 mm per metro per tubi dal 250

al 500 mm ed infine 20 mm per metro per tubi dal 600 al 800 mm).

Figura 50. Giunto a bicchiere con doppia guarnizione elastomerica

Seguono alcune controlli specifici (10) ed in particolare, tra questi collaudi, c'è un test che avviene

per campionatura: il tubo è sottoposto ad una pressione elevatissima per provarne la resistenza

meccanica, resistenza che spesso supera abbondantemente il margine di sicurezza. Infine i tubi,

pallettizzati, sono spediti alle rispettive destinazioni (11).

Il gres è un materiale vetroso e, quindi, fragile. Pertanto notevole attenzione è richiesta nelle fasi

di trasporto e movimentazione in quanto i tubi danneggiati non possono essere riparati o recuperati

realizzando scorcioni. La resistenza all'abrasione, di contro, è notevole data la presenza dello strato

vetroso superficiale caratteristico del prodotto. La limitata lunghezza delle barre, correlata alla tec-

nologia di produzione, comporta un elevato numero di giunti.


Questa circostanza, in genere ostativa per la celerità di posa, associata ai numerosi pezzi speciali,

ottenuti per stampaggio, torna a tutto vantaggio in presenza di tracciati tortuosi quali quelli che si

sviluppano all’interno di centri storici.

Nella Figura 51 sono riportate le caratteristiche geometriche delle tubazioni e dei pezzi speciali in

gres.

Figura 51 . Caratteristiche geometriche dei tubi di Grès e pezzi speciali

Infine la Figura 52 sintetizza le fasi di posa in opera e di assemblaggio delle tubazioni.

A tubo sollevato vengono pulite le giunzioni poliuretaniche poste sulla punta e dentro il bicchiere

poi viene calato dentro lo scavo su un letto di posa, in sabbia, di almeno 10 cm. Infine vengono

giuntati o spingendo a mano con una leva o , molto più frequentemente, utilizzando il cucchiaio

dell’escavatore.


Figura 52

Le prestazioni idrauliche, data la superficie interna del tubo liscia, sarebbero elevate se non risul-

tassero condizionate dall'elevata frequenza di giunti che, in genere ostativo per la celerità di posa,

torna a tutto vantaggio in presenza di tracciati tortuosi che si sviluppano entro strade strette. La

posa in opera delle tubazioni di gres ceramico è condizionata dalla fragilità del materiale e dalla de-

licatezza del giunto di poliuretano. E' sempre necessaria la realizzazione del letto di posa delle tu-

bazioni ottenuto con sabbia o con aridi granulari.

10. 4 TUBI DI MATERIALI PLASTICI

I principali vantaggi offerti da queste tubazioni sono il peso contenuto, che riduce i costi di traspor-

to e posa in opera, l’elevata resistenza alla corrosione ed alla aggressività dell’acqua e la bassissi-

ma scabrezza idraulica. Per contro sono soggetti a decadimento delle caratteristiche meccaniche. I

materiali più comunemente impiegati sono il PVC (cloruro di polivinile), il PEAD (polietilene ad alta

densità) ed il PRFV (poliestere rinforzato con fibre di vetro).

10.4.1 - Tubi di PVC

Il cloruro di polivinile è una resina termoplastica prodotta dalla polimerizzazione del cloruro di vinile

con aggiunta di ingredienti richiesti dalla fabbricazione delle tubazioni. Queste vengono prodotte

per estrusione a caldo. Le barre possono essere lisce o con estremità sagomata a bicchiere, ottenu-

to con successiva formatura a caldo.

Lo schema di produzione (Figura 53) inizia con l'arrivo delle materie prime e degli additivi quali ca-

riche, stabilizzanti/lubrificanti e coloranti che vengono opportunamente insilati in silos verticali di

stoccaggio. Questi elementi servono per preparare le mescole, definite in base ai programmi setti-

manali di produzione, mediante l'ausilio dell'unità di miscelazione automatizzata nella quale si tiene

conto del riutilizzo della materia rimacinata e polverizzata.

A seconda della tipologia del prodotto finito da fabbricare, cioè tubazioni per uso acquedotto, fo-

gnatura, edilizia, queste mescole vengono caricate nelle quantità desiderate nello stoccaggio com-

pounds dal quale escono pesate e con la qualità desiderata, già pronte per la lavorazione sulle linee

di estrusione. Dopo aver montato le teste e filiere idonee per il tipo di prodotto da trasformare, si

provvede alla calibratura, centratura e raffreddamento della tubazione, marcature di identificazione

del prodotto e di conformità alle norme in vigore. Segue generalmente, a questo punto della lavo-

razione, la bicchieratura che può essere in linea con ciclo continuo o fuori linea (per i diametri no-

minali più grandi) seguono attente rilevazioni in accordo con le diverse normative. Eventuali scarti


vengono, a seguito di polverizzazione, reinseriti nel ciclo di produzione. Il prodotto finito, confezio-

nato, caricato a magazzino è pronto per la spedizione.

Figura 53. Produzione dei tubi in PVC per estrusione

Il ciclo tecnologico per la produzione di raccordi è sostanzialmente identico differenziandosi nella

fase di stampaggio che avviene mediante l'utilizzo di presse di iniezione, sempre secondo un pro-

gramma settimanale di produzione. Il materiale denuncia un marcato comportamento visco-

elastico. Le deformazioni, sotto carico costante, aumentano nel tempo. Le caratteristiche meccani-

che sono fortemente condizionate dalla temperatura e decadono rapidamente per t > 20 °C.

Elevata è la resistenza del materiale alla corrosione ed all’attacco di agenti chimici, mentre risulta-

no modeste le caratteristiche meccaniche che ne limitano l’impiego nel campo delle basse e medie

pressioni (PN = 4 ÷ 16 bar). I diametri in produzione sono compresi tra 30 mm e 630 mm. Il pro-

dotto è fornito in barre lunghe 6-12 m. Il giunto, di norma, è a bicchiere con guarnizione di gom-

ma. Sono anche prodotti tubi con giunto a bicchiere cilindrico da incollare (Figura 54).

Figura 54

Infine la Figura 55 sintetizza le fasi di posa in opera e di assemblaggio delle tubazioni.


Figura 55. Pulitura della punta e del bicchiere e giunzione delle tubazioni in PVC.

Queste tubazioni trovano ampia applicazione nella realizzazione di fognature, sia miste che separa-

te. Nel campo delle fognature il giunto usuale è a bicchiere con tenuta assicurata da guarnizioni

elastomeriche. Data la flessibilità delle tubazioni , queste non sono in grado di sostenere da sole i

carichi verticali del rinterro e veicolari. Per evitare deflessioni elevate, l'Istituto Italiano Plastici

(IIP) raccomanda la posa su letto e con rinfianco realizzati con materiale arido compattato. E' pra-

tica corrente avvolgere completamente le condotte di PVC con getto di calcestruzzo sia in presenza

di carichi esterni notevoli, sia quando si è in presenza di falda.

10.4.2 - Tubi di polietilene ad alta densità PEAD

Il polietilene ad alta densità è una resina termoplastica prodotta dalla polimerizzazione dell’etilene

a bassa pressione. La protezione richiesta contro le alterazioni del prodotto causate dalla luce e dal

calore è ottenuta aggiungendo sostanze stabilizzatrici e nerofumo. I tubi vengono prodotti per e-

strusione a caldo e possono essere giuntati con tre sistemi:

per saldatura testa-testa Figura 55 (Norma UNI 10520)

per elettrofusione (Norma UNI 10521)

per giunzione meccanica

spianatura delle testate controllo disassamento e complanarità


Termo-piastra preriscaldamento delle testate

Figura 56 - Saldatura testa a testa o a piatto caldo

Le superfici da saldare vengono opportunamente regolarizzate e pulite e dovendo presentare le

facce parallele ed un disassamento contenuto entro il 10 % dello spessore del tubo, gli estremi del-

le condotte vengono allineati e bloccati con appositi posizionatori.

Tra le testate viene inserita la termo-piastra; trascorso il tempo di riscaldamento delle testate, fun-

zione dello spessore del tubo, le superfici da saldare, estratto rapidamente il piatto caldo, vengono

accostate e compresse tra loro per un tempo anch’esso funzione dello spessore del tubo.

Il tempo di saldatura è lento, variabile dai 10 min per DN 110 mm ai 28 min per DN 160. Per evi-

tare discontinuità nel cordone di saldatura (Figura 57)

anche la fase di raffreddamento è lenta, di durata simi-

le al tempo di saldatura; trascorso tale tempo è possibi-

le liberare il tubo dalle ganasce del posizionatore.

Figura 57. Saldatura a Piatto caldo

Saldatura per termofusione:

questo tipo di saldatura consente collegamenti mediante un

elemento a manicotto (Figura 59) con resistenza incorporata

(1). Nella parte superiore del manicotto sono ubicati due spi-

notti (3) da collegare ad una saldatrice che, previa lettura di

un codice a barre stampato sul manicotto, imposta automati-

camente i tempi di saldatura, funzione del diametro e dello

spessore del tubo. Anche in questo caso occorrerà preliminar-

mente preparare le giunzioni da collegare controllandone la

testate che dovranno essere piane e ed ortogonali al proprio

asse.

Figura 59. Manicotto elettrosaldato


Le zone da saldare, sia dei tubi che dei raccordi, immediatamente prima della saldatura, dovranno

essere privati di eventuali strati di ossidazione superficiali. Durante la saldatura le resistenze (1)

vengono portate ad una temperatura di circa 235°C; il tubo riscaldato tende ad espandere contro il

raccordo mentre le zone fredde (2) tendono a solidificare il polietilene fuso che tende ad uscire.

Raggiunto il tempo necessario per la fusione letto automaticamente sul codice a barre incollato sul

raccordo, funzione del diametro e dello spessore del tubo, la saldatrice si spegne.

Dopo circa 20 minuti, a raffreddamento avvenuto, avrà termine il procedimento.

I diametri in produzione sono compresi tra 20 mm e 1200 mm; per diametri minori di 60 mm il

prodotto viene commercializzato in rotoli. Per diametri superiori il prodotto è fornito in barre lunghe

da 6 m a 18 m.

Giunzioni meccaniche o a freddo:

Giunzione rapida a freddo realizzata con anelli

di graffaggio e collari filettati in metallo o resi-

na. Tale sistema trova utilizzo nel campo dei

diametri di accoppiamento da 10 a 110 mm

(Figura 60).

Figura 60

Giunzione per frangitura con cartelle di appog-

gio saldate di testa all’estremità del tubo e

flange scorrevoli in acciaio con interposta guar-

nizione toroidale e bulloni di serraggio (Figura

61).

Figura 61

Benché simili alle tubazioni di PVC sono raramente utilizzate nelle fognature. Il materiale ha un

marcato comportamento viscoelastico e le deformazioni, sotto carico costante, aumentano con il

tempo. La resistenza chimica del PEAD, notevole a temperatura ambiente, dipende dallo stato di

sollecitazione e diminuisce in presenza di elevati allungamenti (stress corrosion). L'effetto combina-

to dell'invecchiamento e della stress corrosion è la causa della comparsa di fessurazioni sulla calot-

ta e sul fondo delle tubazioni. Il PEAD, a volte, viene mangiato dai ratti.

10.4.3 Tubi di poliestere rinforzato con fibre di vetro PRFV

Le tubazioni di PRFV sono costituite da una matrice di resine termoindurenti del tipo poliestere in-

saturo (isoftalica, bisfenolica, ortoftalica) inglobante fibra di vetro.

Le tubazioni di PRFV sono prodotte o per avvolgimento delle fibre di vetro su mandrino rotante e

contemporaneo colaggio di resina, o per centrifugazione entro cassaforma rotante di resina e sca-

glie di fibre di vetro (Figura 62).


Figura 62

Le tubazioni sono costituite da non meno di tre strati dalle differenti distinte funzioni. L’interno, a

contatto con il fluido, garantisce elevate prestazioni idrauliche, elevata resistenza chimica ed im-

permeabilità. Lo strato intermedio ha funzione meccanico resistente. Lo strato esterno protegge le

fibre dall’attacco ambientale.

Analogamente ai materiali termoplastici esaminati, anche il PRFV denuncia comportamento visco

elastico, ma molto meno accentuato. Infatti le caratteristiche meccaniche decadono significativa-

mente solo in presenza di temperature molto elevate (t > 80 °C). La durata tecnica del materiale

risulta, pertanto, molto lunga.

La resistenza del materiale alla corrosione ed all’attacco di agenti chimici è elevata come sono ot-

time le caratteristiche idrauliche. Le notevoli caratteristiche meccaniche ne consentono l'impiego

anche nel campo delle pressioni medio alte, con limitazioni poste dall'elevato valore del coefficiente

di Poisson. I diametri in produzione sono compresi tra 50 mm e 4000 mm. Il prodotto è fornito in

barre lunghe 6-12 m.

I tubi vengono forniti con estremità a bicchiere sia per giunzione mediante saldatura chimica sia

per giunzione con uno o due anelli di tenuta di gomma elastomerica.

I pezzi speciali sono ottenuti per avvolgimento delle fibre di vetro e colata di resina su anime me-

talliche poste in lenta rotazione. Si ricorre peraltro spesso all’adozione di pezzi speciali ottenuti da

lamiere di acciaio saldate.

La resistenza chimica del PRFV è notevole anche ad elevate temperature. La resistenza all'urto ed

all'abrasione è molto elevata. Le caratteristiche idrauliche del tubo di PRFV sono quelle di tubo li-

scio. Nel campo delle fognature il giunto usuale è a bicchiere con tenuta assicurata da guarnizioni

elastomeriche. Anche per queste tubazioni, vista la flessibilità, si raccomanda la posa su letto e con

rinfianco realizzati con materiale arido compattato. Dato il contenuto peso, la movimentazione e

posa delle tubazioni risulta agevole.


10.5 POSA IN OPERA DELLE TUBAZIONI

Generalmente la posa in opera delle condotte realizzate con tubazioni di piccole e medio diametro

viene realizzata entro trincee appositamente scavate e successivamente rinterrate. Per diametri D

> 1000÷1500 mm, a fronte della tradizionale posa in trincea si preferisce mantenere la condotta

all'aperto, opportunamente protetta ed appoggiata su selle discontinue. Situazioni singolari, corre-

late a vincoli di natura topografica (valico) o ad insufficienza di carico piezometrico sul suolo (pres-

sione sul piano campagna inferiore a 2÷3 m), richiedono la posa delle tubazione entro gallerie o in

cunicolo.

La posa è sempre preceduta da accurati rilievi topografici per la materializzazione del tracciato sul

terreno, appoggiati a capisaldi, quotati con precisione, di riferimento durante tutte le operazioni di

posa e le successive operazioni di collaudo.

Le condotte interrate sono poste in opera entro

scavi continui di larghezza L al fondo scavo e pa-

reti verticali o sub-verticali, a seconda della pro-

fondità e della consistenza del terreno. (Figura

63)

DN < 0,80 m ⇒ L = DN + 0,50 m

DN > 0,80 m ⇒ L = DN + 0,80÷1,00 m

DN il diametro nominale della condotta in [m].

Il valore minimo di L, in ogni caso, sarà : Lmin = 0,60÷0,70 m

Figura 63. Sezione tipo per posa in opera in trincea

La larghezza dello scavo dipende oltre che dalle dimensioni del tubo anche da spazi minimi per le

operazioni di assemblaggio delle tubazioni cercando di evitare che gli operai camminino sulla gene-

ratrice superiore delle tubazioni.

Il fondo della trincea deve essere realizzato secondo le quote e le livellette previste dal progetto

esecutivo per l'asse della tubazione. Le operazioni di scavo, ad oggi realizzate esclusivamente con

mezzi meccanici, richiedono la regolarizzazione del fondo differenziata in dipendenza della natura

dei suoli e della tipologia delle tubazioni da porre in opera.

Lo scavo di trincee in roccia, da eseguirsi

con martello demolitore o, al limite, con

esplosivo, richiede sempre, indipenden-

temente dal materiale delle tubazioni, la

regolarizzazione del fondo tramite la

formazione del letto di posa realizzato o

con il materiale di scavo, opportunamen-

te vagliato, ovvero con sabbia di cava o

di fiume

Figura 64. Letto di posa

La presenza dell’elemento di transizione (il letto) tra tubazione e fondo scavo di roccia, assicura la

continuità dell’appoggio e, nel caso di condotte metalliche, impedisce la scalfittura dei rivestimenti,


bituminosi o plastico, protettivi. Il letto di posa è necessario anche per trincee scavate in materiali

alluvionali o detritici grossolani. Lo scavo di trincee in terreni sciolti, a grana fine ed ad elevato con-

tenuto sabbioso, richiede, per assicurare la continuità dell’appoggio delle tubazioni, solo la regola-

rizzazione del fondo.

La generatrice superiore delle tubazioni deve risultare, in opera, a profondità dal piano campagna

tale da

• non risentire dell’azione dei carichi mobili delle lavorazioni agrarie tipiche della zona.

• limitare il riscaldamento dell’acqua ;

• impedire il congelamento nel periodo invernale.

Ricoprimenti minimi sulla generatrice superiore pari a 1,20÷1,50 m soddisfano la prima condizione

e limitano le variazioni termiche annuali dell’acqua nell’ordine di 2÷3 °C, anche in presenza di lun-

ghi acquedotti. Realizzata la condotta per uno sviluppo di qualche centinaio di metri, si esegue il

rinterro della trincea prima rincalzando i

tubi, lateralmente e superiormente, fino

ad uno spessore di 20 cm sulla genera-

trice superiore, con materiale sciolto se-

lezionato e ben compattato, infine com-

pletando il rinterro della restante parte,

fino al piano campagna, utilizzando o il

materiale proveniente dagli scavi, se ido-

neo, o approvvigionato da cave di presti-

to, posto in opera per strati successivi

con forte compattazione. (Figura 65)

Figura 65 . Rinterro e costipamento

Il rinterro dovrà risultare leggermente emergente sul piano

campagna a compensazione di eventuali successivi assesta-

menti. Nel caso in cui lo scavo interessa attraversamenti stra-

dali occorrerà ripristinare l’originaria pavimentazione (sotto-

fondo, bynder e tappetino di usura – Figura 66).

Per diametri superiori al DN 600 sia il sottofondo che il riem-

pimento viene realizzato con magrone di calcestruzzo, oppor-

tunamente calato nella trincea di scavo e vibrato mentre Figura 66

all’interno della tubazione vengono posti in opera opportuni puntellamenti (Figura 67).

Figura 67


Contestualmente, in corrispondenza delle deviazioni planimetriche ed altimetriche e dei pezzi spe-

ciali, ove si manifestano spinte che vanno contrastate per evitare lo sfilamento dei giunti contigui o

la presenza di sforzi anomali sugli stessi, si eseguono blocchi di ancoraggio e murature di contrasto

(Figura 68). Nei tratti a forte pendenza è necessaria la realizzazione di murature per l’ancoraggio

delle tubazioni al fine di evitare lo scorrimento di queste verso il basso.

Figura 67. Schemi di blocchi di ancoraggio e sforzi alla pressione di collaudo

10.6. LA PROVA DI TENUTA IDRAULICA

La prova di tenuta idraulica viene eseguita per tratti di condotta, di lunghezza compresa tra 200 m

e 500 m, tamponati con speciali dispositivi (piatti di chiusura) Figura 69.

Estremità alta Estremità bassa

Figura 69 . Piatti di chiusura

Le relative spinte sono trasmesse al terreno tramite interposizione di murature di contrasto sba-

tacchiature in legno o all’interno di pozzetti contrastando i piatti di chiusura con un martinetto (D)

Figura 70.


Riempito di acqua il tratto da sottoporre a prova (Figura 71), eliminando sacche d’aria tramite il

rubinetto (4), con l’ausilio di una pompa (1) e di un manometro (2), immettendo acqua si eleva la

pressione fino al valore prestabilito (normalmente 1,5÷2,0 volte la pressione di esercizio per tuba-

zioni metalliche; per tubazioni cementizie la pressione di prova è pari alla pressione di esercizio

aumentata di 1÷2 bar). Raggiunta la pressione di prova, si procede all’ispezione della condotta e

dei giunti (5) (6). Eventuali perdite d’acqua, denunciate dal calo della pressione e da perdita in uno

o più giunti, vanno individuate ed eliminate. La prova viene considerata con esito positivo solo se la

pressione indotta, controllata con manometro registratore tarato, viene mantenuta per una durata

12 o 24 ore. Ad esito positivo della prova, si riduce la pressione in condotta, si esegue il ricoprime-

no dei giunti con rinterro sulla generatrice superiore per almeno 0,50 m e si procede, con identiche

modalità, ad una ulteriore prova idraulica, caratterizzata da durata molto ridotta (2 ore), finalizzata

all’accertamento che il ricoprimento dei giunti non abbia causato la perdita di tenuta della condotta.

Solo a seguito di esito positivo della seconda prova si procede al completo rinterro dello scavo pro-

cedendo per strati singolarmente compattati.

Tubazioni metalliche

tubazioni di grès


Figura 71. Prova idraulica

10.7. IL PROBLEMA DELLA CORROSIONE (cenni)

Per corrosione di un metallo si intende la dissoluzione sotto forma di ioni causata dall’ambiente

circostante detto elettrolita.

Il processo corrosivo delle tubazioni metalliche interrate o, in generale, in un mezzo permeabile

all’umidità, ha origine da una forza elettromotrice la quale genera una corrente elettrica che, in

una zona detta anodo, passa dal metallo all’elettrolita e viceversa, in un’altra zona detta catodo.

Figura 72

Nelle tubazioni di acciaio il ferro passa in soluzione nell’elettrolita abbandonando il tubo con conse-

guenti cavità imbutiformi sulla superficie esterna dello stesso .

Nei tubi di acciaio privi di rivestimento protettivo la corrosione si manifesta in tempi relativamente

più lunghi ma su aree più vaste tanto da portare ad una progressiva riduzione dello spessore fino

alla perdita totale del tubo.

Nelle tubazioni di ghisa invece i risultati della corrosione della ferrite non abbandonano il tubo re-

stando frammisti nella grafite. Tale fenomeno è noto come grafitizzazione della ghisa.


I tubi grafitizzati mantengono, dunque, l’aspetto esteriore identico a quelli integri mentre, rispetto

a questi, si scalfiscono con una punta metallica e se percossi producono un suono sordo.

Pertanto la corrosione produce un indebolimento diffuso che non produce perdite localizzate ma

può provocare rotture impreviste in tubazioni sollecitate dall’alternanza dei carichi e dalle vibra-

zioni derivanti dal traffico o sensibili variazioni di pressione nella rete.

Le condotte di cemento armato ordinario o precompresso data la permeabilità del conglomerato

cementizio possono essere soggette a corrosione delle armature metalliche. Queste tendono ad

aumentare di volume con conseguente sgretolamento del cls e conseguente ampliamento delle zo-

ne di corrosione.

Nella seguente Figura 73 sono raffigurate diverse tipologie di corrosione.

Figura 73 . Tipologie di corrosione

Le cause più frequenti della corrosione delle tubazioni metalliche, o comunque fornite di armatura

metallica, dipendono dall’aggressività dell’elettrolita (terreno di posa) e da correnti vaganti di-

sperse da impianti elettrici a corrente continua.

L’aggressività dei terreni dipende dalle caratteristiche chimiche (pH, acidità ed alcalintà) fisiche (

porosità, permeabilità all’aria, capacità idrica) e biologiche (presenza di batteri).

In prima approssimazione un indice della corrosività di un terreno può essere la resistività elettrica

(Ohm x cm) secondo i dati riportati nella seguente


Tabella I

Corrosività Resistività elettrica

trascurabile > 12.000

debole 12.000 ÷ 5.000

media 5.000 ÷ 2000

elevata < 2.000

I terreni argillosi hanno un’elevata corrosività specifica come quelli saturi di acqua marina.

Quando la lunghezza della condotta interessa terreni di diversa natura si comporta come una pila

geologica (Figura 74) per cui si instaura una circolazione di corrente dalla zona anodica verso la

zona catodica.

Le correnti vaganti sono disperse nel terreno da impianti di trazione a corrente continua (ferrovie,

tramvie, ecc.) dalle linee di terra (come conduttori di ritorno) ed impianti di protezione catodica di

gasdotti.

Nel caso di una tubazione metallica posta in opera nei pressi di una ferrovia elettrificata la corrente

erogata dalla sottostazione percorre la linea aerea, alimenta i motori del locomotore e torna alla

sottostazione parte lungo le rotaie, parte attraverso il terreno e parte attraverso la condotta, in

funzione delle rispettive resistenze elettriche.(Figura 75)

Ovviamente il senso di circolazione della corrente può variare nel tempo.

Figura 75. Dispersione nel terreno delle correnti vaganti

L’intensità delle correnti vaganti, dell’ordine di decine di Ampere, è molto maggiore di quelle pro-

dotte dalle pile galvaniche. A titolo di esempio una corrente di 1 Ampere che passa da un anodo di

ferro ad un elettrolita, terreno, consuma teoricamente circa 9 kg di metallo l’anno.


Le correnti vaganti disperse da impianti elettrici a corrente alternata costituiscono un pericolo mol-

to minore in quanto la perdita di peso dell’elettrodo metallico è la centesima parte della preceden-

te.

DIFESA DALLA CORROSIONE

La protezione passiva delle condotte fa ricorso a rivestimenti isolanti che hanno lo scopo di ridurre

gli scambi di corrente tra tubo e terreno. I rivestimenti aderenti sono realizzati con tessuto di vetro

e bitume, poliestere, resine epossidiche. La catramatura non inspessorata da tessuto di vetro ha

un’efficacia protettiva nulla.

La protezione passiva può essere integrata con protezione attiva o catodica solo quando ricorrono

elevati pericoli di corrosione o ragioni di sicurezza (tubazioni per il trasporto di gas o liquidi infiam-

mabili) .

La protezione catodica consiste nell’elevare artificialmente il potenziale naturale della tubazione in

modo da portare il metallo in condizioni di immunità rispetto al terreno in modo tale che la tubazio-

ne risulti catodo di un grande elemento elettrochimico artificiale il cui anodo è realizzato con una o

più dispersori anodici. Questo può essere realizzato in due modi utilizzando anodi sacrificali o

con correnti impresse.

La scelta del sistema è condizionata da fattori ambientali ; la protezione attiva con anodi sacrificali

in magnesio si addice per condotte di limitata lunghezza ed in presenza di terreni a bassa resistività

(argille) ed in assenza di correnti vaganti, inoltre, non utilizzando corrente elettrica non si incorre in

disservizi causati da interruzioni nella rete di alimentazione.

Anodi sacrificali: sono generalmente costituiti da leghe a base di magnesio disposti secondo lo

schema riprodotto in Figura 76.

Figura 76. Protezione catodica con anodi sacrificali

Il collegamento tubo-anodo, effettuato con cavo di rame isolato, genera una pila galvanica la cui

forza elettromotrice genera una corrente che circola in senso anodo-terreno-tubazione-cavo di col-

legamento-anodo. Gli anodi sono generalmente immersi in una miscela elettrolita (bacfkill) che ne

rende uniforme il consumo e diminuisce la loro resistenza verso terra.

Il numero ed il peso degli anodi varia in funzione della caratteristiche delle condotte e dalla natura

dei terreni e dimensionati per durare al massimo 15 anni.

Corrente impressa : comprende uno o più gruppi di alimentazione realizzati con un alimentato-

re (gruppo trasformatore-raddrizzatore) allacciato alla rete di distribuzione di energia elettrica a

bassa tensione (220 V o 380 V) con polo negativo collegato alla tubazione e polo positivo al disper-


sore anodico. Questo, costituito da anodi di grafite, è posto a circa 100 m dalla condotta e ad una

profondità di 1,5 m circa. (Figura 77)

Completano il dispositivo due posti di misura: uno sull’alimentatore e l’altro sul dispersore.

Figura 77. Protezione catodica con corrente impressa

Capitolo 10 - Tubazioni - M. Leopardi - Costruzioni Idrauliche - Università de L'Aquila

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