Tubazioni 559

Parte nona

Tubazioni per acquedotti

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 sen-

sibile lunghezza.

Tubi saldati:

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

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 modo

continuo che discontinuo;

2. fase: saldatura secondo diversi procedimenti;

La produzione dei tubi di acciaio si articola secondo vari procedimenti; di seguito verranno illustrati

sommariamente solo quelli utilizzati per uso acquedottistico i quali si differenziano per le caratteri-

stiche del materiale, semilavorato o finito, dal quale si realizzano i tubi (Figura 1)

560

Figura 1. Schema di fabbricazione dei tubi di acciaio

1.a. LSAW - Tubi da lamiera saldati longitudinalmente formati a freddo

I tubi a saldatura longitudinale vengono prodotti, con un processo schematizzato nella Figure 2 e 3,

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

sezione del tubo.

Figura 2.

Tubazioni 561

I diametri in produzione sono compresi tra 400 mm e 1400 mm. Con spessori 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 3

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 costituiscono 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.

Figura 4

562

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. Infine il controllo della saldatura con ultrasuoni tende a rilevare eventuali difetti.

Figura 5

Figura 6

1.b. SSAW - Tubi da nastro saldati a resistenza e formati a freddo

a. Saldatura longitudinale

sono ottenuti da nastro di acciaio (coils). Anche questi tubi vengono realizzati con macchine continue

(Figura 7)

Figura 7

Lo schema di Figura 8 mostra le principali fasi di fabbricazione. Il nastro viene introdotto nei rulli, o

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

Tubazioni 563

Figura 8

Accostati i bordi si saldano ad arco elettrico sommerso. Infine il

tubo viene tagliato da una sega volante alla lunghezza desiderata

. Questo procedimento viene utilizzato per la produzione di tuba-

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

b. Saldatura elicoidale

I tubi a saldatura elicoidale 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 9).

Figura 9

564

Anche in questo caso il processo di saldatura è termoelettrico; successivamente viene effettuato un

controllo con ultrasuoni della saldatura testa-testa (Figura 10).

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 10

1.c. FM - Tubi da nastri saldati Fretz-Moon

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

spianato e, tramite gabbia trascinatrice, mandato in forno di riscaldo a passaggio, dove i bordi ven-

gono riscaldati con fiamma diretta fino a 1300°C. Tramite cilindri formatori (Figura 11), il nastro

viene portato ad assumere la forma cilindrica.

Figura 11

Sui bordi avvicinati e leggermente sovrapposti viene insufflato ossigeno che eleva la temperatura

Tubazioni 565

fino al color bianco. I bordi vengono premuti l’uno contro l’altro da appositi rulli di pressione, otte-

nendo un’ottima saldatura priva di cordone. Lo sbozzato così ottenuto viene fatto passare al riduttore

a stiramento che ne determina il diametro e lo spessore finiti. Al termine vengono tagliati da una

sega volante alla lunghezza desiderata ed avviati al raffreddamento (in aria ed acqua). Questo pro-

cedimento viene utilizzato per “tubi gas” fino al diametro di 3” (circa 80 mm)

1.d. Controlli , preparazione e rivestimenti delle tubazioni in acciaio

Tutte le tecniche di costruzione portano alla realizzazione di un “cilindro cavo metallico ” che , nel

caso venga utilizzato come condotta idrica, dovrà seguire un ulteriore controllo radiografico dei cor-

doni di saldatura, la predisposizione, previa cianfrinatura dei lembi delle testate tubo, per la suc-

cessiva saldatura in campo (Figura 12).

Figura 12

Segue la fase di espansione ha il duplice scolo di calibrare perfettamente la forma del tubo ed egua-

lizzare le caratteristiche meccaniche del materiale eliminando tensioni derivanti dalle precedenti fasi

di lavorazione.

La prova idraulica verifica la tenuta complessiva della tubazione e viene eseguita ad una pressione

circa 1,5 volte quella di esercizio (Figura 13).

Figura 13

566

Infine la protezione contro la corrosione delle condotte interrate viene attuata con opportuni rivesti-

menti, che negli anni hanno subito una notevole evoluzione. Si è passati dai rivestimenti con 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 miscela

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

Figura 14. Rivestimento esterno con fasciatura di tessuto di fibra vetrosa

e finitura con idrato di calcio

1.f. Rivestimenti esterni 1

In polietilene applicato per estrusione (norma uni 9099 - din 30670)

Il rivestimento esterno in polietilene è applicato su tubazioni per acquedotti, oleogasdotti e per la distribuzione del gas. In funzione del diametro del tubo il polietilene viene applicato ad estrusione a banda laterale o a calza. Lo spessore del rivestimento è determinato dalla specifica richiesta del cliente (vedi tabella). La estrusione a triplo strato offre un ottima protezione corrosiva di lunga durata, elevate proprietà dielletriche, altissima resistenza all'urto e temperature di servizio da -20° C fino ad un max. +60/80° C. Il tubo grezzo viene sabbiato con graniglia metallica fino ad un grado SA 2,5 secondo la norma ISO 8501-1, successivamente viene applicato il primo strato che è costituito da primer, il secondo strato da adesivo polietilenico ed il terzo strato da polietilene. Dopo il raf-freddamento e la rimozione del rivestimento alle estremità le tubazioni vengono sottoposti a controlli visivi, di-mensionali e prove tecnologiche.

Con nastri di polietilene applicati a freddo (norma uni en12068 - din 30672)

Il rivestimento esterno mediante nastri di polietilene applicati a freddo per condotte interrate o immerse è un sistema di protezione anticorrosiva. Particolare cura viene posta in tutte le fasi del ciclo di lavorazione che consi-stono nella preventiva sabbiatura della superficie, applicazione di primer di fondo a base butilica e successiva sovrapposizione, generalmente al 50%, di uno o più nastri. Questo processo permette di ottenere un rivestimento con spessori che vanno da 1 mm a 3,5 mm in funzione del diametro della tubazione. Il rivestimento viene sotto-posto a rigorosi controlli sullo spessore, aderenza, e continuità dielettrica. La TubiSpa è in grado di adeguare la propria produzione anche ad altre prescrizioni imposte da specifiche della clientela assicurando la qualità richie-sta.

In poliuretano applicato allo stato liquido (norma uni en 10290) Il rivestimento esterno in poliuretano per condotte terrestri e marine è un sistema di protezione meccanica ed anticorrosiva che grazie alle proprie elevate qualità può essere sottoposto alle applicazioni più gravose. La buona

1 Tubi spa.

Tubazioni 567

elasticità del prodotto offre ottima resistenza alle sollecitazioni meccaniche, resistenza all'urto e aderenza alla tubazione. L'impermeabilità all'acqua gli conferisce una notevole resistenza ai fenomeni di corrosione. Il tubo grezzo viene sottoposto ad un preventivo trattamento di sabbiatura al grado SA 2,5, secondo la norma ISO 8501-1, con graniglia metallica per preparare la superficie esterna alla successiva applicazione delle vernici con sistema bimixer fino ad ottenere uno spessore di almeno 800 - 1000 microns. Il rivestimento viene successivamente sot-toposto a controlli visivi, dimensionali (spessore) e prove tecnologiche. La TubiSpa è in grado di adeguare la pro-pria produzione anche ad altre prescrizioni imposte da specifiche della clientela assicurando la qualità richiesta.

Figura 15

1.g. Rivestimenti interni 2

Vernici epossidiche atossiche per trasporto di acque destinate al consumo umano

Il rivestimento interno con vernici epossidiche per trasporto di acque destinate al consumo umano svolge la fun-zione di protezione dalla corrosione, riduce fortemente la scabrezza della superficie interna riducendo le perdite di carico. È dotato di ottima adesione al supporto, buona flessibilità, durezza, resistenza all'abrasione, assenza di cessioni e contribuisce ad inibire la crescita di limo. I prodotti utilizzati sono conformi a quanto prescritto dalla Circolare n.102 del Ministero della Sanità del 2.12.1978 e successivi aggiornamenti nonchè al D.M. n.174 del 6.4.2004. Il tubo grezzo viene sottoposto ad un preventivo trattamento di sabbiatura al grado SA 2,5 - SA3, se-condo la norma ISO 8501-1, con graniglia metallica per preparare la superficie interna alla successiva applicazione delle vernici, con sistema airless/bimixer, con la possibilità di ottenere spessori da 100 fino a 500 microns. Il rive-stimento viene successivamente sottoposto a controlli visivi, dimensionali (spessore) e prove tecnologiche.

Figura 16

1.h. Giunzioni e montaggio tubazioni

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

presenza dei giunti. Quando questi vengono realizzati con saldatura e con incollaggio, la condotta

diviene strutturalmente coerente ed in grado di resistere a sforzi longitudinali; quando vengono rea-

lizzati con bicchiere 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 ancoraggio.

2 Tubi spa.

568

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

stica, dei giunti saldati: di testa, a bicchiere cilindrico per DN 125 mm e bicchiere sferico per DN

150 mm (Figura 17). Questo tipo di giunzione elimina i problemi di tenuta e conseguentemente 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 17. 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 18). 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 18. 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.

Tubazioni 569

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 19. Giunto speciali

e. Giunzioni a bicchiere

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

compresi tra DN 150 500 mm, un tipo di tubo caratterizzato da un bicchiere doppiamente scanalato

in cui trova sede una guarnizione di tenuta in elastomero. (Figura 20).

Figura 20. Tubi di acciaio saldati con giunto rapido a bicchiere ed elastomero di tenuta

2.Tubazioni lapidee

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

teristiche di materiale fragile. Pertanto è necessario introdurre nel materiale armature metalliche,

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 opportuna-

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

cedimenti di fabbricazione tecnologicamente avanzati ed infine un maggiore controllo sulla qualità

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.

570

1. Tubi di cemento armato ordinario CAO

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

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 longi-

tudinali 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 carat-

teristica essenziale per assicurare al prodotto finito la impermeabilità e la protezione delle armature

dalla corrosione.

Figura 21. 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 rivestito

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 interna.

Tubazioni 571

Figura 22. Tubi Bonna – Particolare giunti

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 nel trasporto, nella posa

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

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

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

a. Differita: su un tubo-nucleo, precedentemente fabbricato con armature longitudinali pretese

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

tensione di precompressione.

La precompressione longitudinale è importante, anche in fase di realizzazione della precompres-

sione radiale, per ridurre le fessurazioni e contenere le tensioni tra la zona cerchiata e quella

ancora libera (effetto salciccia). (Figure 23 e 24)

Figura 23. Tubo di CAP con tubo nucleo

572

Figura 24. Tubo di CAP : armatura longitudinale e circonferenziale

L’elica, bloccata sul tubo, viene ricoperta con intonaco di protezione a sua volta ricoperto con uno

strato protettivo di mastice bituminoso armato con tessuto di fibre di vetro.

Figura 25. Tubo di CAP : rivestimento e tinteggiatura esterna

b. Contemporanea: una gabbia realizzata da un’elica di filo di acciaio sostenuta, non in tensione, su

ferri piatti scanalati, 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 sagoma 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 rea-

lizzato 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 settori cilindri esterni. Raggiunta la maturazione,

viene tolta pressione alla cassaforma interna e liberata l’armatura longitudinale (Figura 26).

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

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

diametro della tubazione.

Tubazioni 573

Figura 26. Fabbricazione dei tubi di CAP con precompressione totale

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

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 27). L’estremo interes-

sato dal bicchiere viene opportunamente rinforzato sia con aumento dello spessore e sia con rinforzo

dell’armatura.

Figura 27. Giunti per tubazioni in CAO e CAP

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

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

Figura 28. Pezzi speciali per tubazioni in CAO e CAP

574

3. 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 estru-

sione a caldo e possono essere giuntati con tre sistemi:

per saldatura testa-testa (Norma UNI 10520)

Figura 29. Saldatura testa a testa o a piatto caldo

spianatura delle testate controllo disassamento e complanarità

Termo-piastra preriscaldamento delle testate

Figura 30. Sequenza di una saldatura 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 delle con-

dotte 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.

Tubazioni 575

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

discontinuità nel cordone di saldatura (Figura

31) anche la fase di raffreddamento è lenta, di

durata simile al tempo di saldatura; trascorso

tale tempo è possibile liberare il tubo dalle ga-

nasce del posizionatore. Figura 31. Saldatura a Piatto caldo

Saldatura per termofusione:

Questo tipo di saldatura consente collegamenti mediante un elemento a manicotto (Figura 32) con

resistenza incorporata (1). Nella parte superiore del manicotto sono ubicati due spinotti (3) da col-

legare ad una saldatrice che, previa lettura di un codice a barre stampato sul manicotto, imposta

automaticamente i tempi di saldatura, funzione del diametro e dello spessore del tubo. Anche in

questo caso occorrerà preliminarmente preparare le giunzioni da collegare controllandone la testate

che dovranno essere piane e ed ortogonali al proprio asse.

Figura 32. Saldatura per termo fusione

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.

Figura 33. Manicotto elettrosaldato

576

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.

Produzione Lunghezze

PN5 160 ÷1000mm. DN 20: rotoli da 200 m

PN8 50 ÷ 1000mm. DN 25÷75: rotoli da 100 m

PN12,5 32 ÷ 630mm. DN 90÷110: rotoli da 50 m

PN20 20 ÷ 450mm. DN 63÷ 1000: barre da metri 6 – 12 m

Giunzioni meccaniche o a freddo:

Giunzione per frangitura con cartelle di appoggio saldate di testa all’estremità del tubo e flange

scorrevoli in acciaio con interposta guarnizione toroidale e bulloni di serraggio.

Figura 34

Giunzione rapida a freddo realizzata con anelli di graffaggio e collari filettati in metallo o resina. Tale

sistema trova utilizzo nel campo dei diametri di accoppiamento da 10 a 110 mm (Figura 35).

Figura 35

Tubazioni 577

4. Tubi di poliestere rinforzato con fibre di vetro PRFV

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

turo (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 scaglie

di fibre di vetro (Figura 36).

Figura 36

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 imper-

meabilità. 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 ottime le caratteristiche idrauliche. Le notevoli caratteristiche meccani-

che ne consentono l'impiego anche nel campo delle pressioni medio alte, con limitazioni poste dall'e-

levato 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 metalliche poste in lenta rotazione. Si

ricorre peraltro spesso all’adozione di pezzi speciali ottenuti da lamiere di acciaio saldate.

Figura 37

578

5. 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 piatti di chiusura

Figura 38. Piatti di chiusura

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

chiature in legno o all’interno di pozzetti contrastando i piatti di chiusura con un martinetto

Figura 39. Pozzetto di contrasto e sbatacchiature in legno

Riempito di acqua il tratto da sottoporre a prova, eliminando sacche d’aria tramite il rubinetto (3),

con l’ausilio di una pompa (1) si eleva la pressione, immettendo acqua, fino al valore prestabilito

controllato con il manometro (2); normalmente 1,5÷2,0 volte la pressione di esercizio per tubazioni

metalliche, mentre, per tubazioni cementizie la pressione di prova è pari alla pressione di esercizio

aumentata di 1÷2 bar.

Figura 40

Tubazioni 579

Figura 41. Prova idraulica per condotte metalliche – andamento della pressione indotta

Raggiunta la pressione di prova, controllata con manometro registratore tarato, viene mantenuta,

generalmente, per una durata 12 ore. La prova viene considerata con esito positivo solo se la pres-

sione indotta non diminuisce. Eventuali perdite d’acqua, denunciate dal calo della pressione vanno

individuate ed eliminate. Ad esito positivo della prova, si riduce la pressione in condotta, si esegue

il ricoprimeno 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 procedendo per strati singolarmente compattati.

6. Il problema della corrosione (cenni)

Con il termine corrosione si indica il complesso dei fenomeni chimico-fisici che comportano il degrado

dei materiali metallici ad opera dell'ambiente, aria, terra ed acqua, a cui sono esposti. Gli ambienti

naturali sono in genere caratterizzati dalla presenza di ossigeno e nell’acqua sono sempre presenti

ioni H+ che possono, in linea di principio, ossidare molti metalli.

Figura 42. Corrosione dei materiali metallici in aria, terra ed acqua

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, sotto forma di ioni, dal metallo all’elettrolita e viceversa, in un’altra zona

detta catodo; questa genera una dissoluzione del metallo nella zona anodica.

580

Figura 43

Quando la condotta interessa terreni di diversa natura si comporta come una pila geologica (Figura

43) per cui si instaura una circolazione di corrente dalla zona anodica verso la zona catodica.

Figura 44

Quando invece in un terreno omogeneo è in opera una tubazione realizzata da tronchi di diverso

spessore e grado di protezione passiva ( rivestimento) dalla più debole inizia “l’abbandono” di ioni.

Figura 45

In ambedue i casi, nella zona anodica, il ferro passa in soluzione nell’elettrolita abbandonando il tubo

con conseguenti cavità imbutiformi sulla superficie esterna dello stesso .

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.

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

Tubazioni 581

Tabella I

Corrosività Resistività elettrica

trascurabile > 12.000

debole 12.000 5.000

media 5.000 2000

elevata < 2.000

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. La corrosione localizzata per vaiolatura o corrosione per pitting 3

Figura 46. Corrosione localizzata

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 vibrazioni

derivanti dal traffico o sensibili variazioni di pressione nella rete.

Figura 47. Rottura di un tubo in ghisa per grafitizzazione

3 dall'inglese pit: alveolo o foro

582

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 ampliamento delle zone di corrosione.

Altra causa della corrosione delle tubazioni metalliche, sono le correnti vaganti disperse da impianti

di trazione a corrente continua (ferrovie, tramvie, ecc.), dalle linee di terra (come conduttori di ri-

torno) ed impianti di protezione catodica di gasdotti.

Figura 48. Dispersione nel terreno delle correnti vaganti

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. Ovviamente il senso di circolazione della corrente può

variare nel tempo.

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 molto minore in quanto la perdita di peso dell’elettrodo

metallico è la centesima parte della precedente.

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 tuba-

zione in modo da portare il metallo in condizioni di immunità rispetto al terreno, in modo tale che la

tubazione 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.

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

schema riprodotto in Figura 49.

Tubazioni 583

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.

Figura 49. Protezione catodica con anodi sacrificali

Corrente impressa : comprende uno o più gruppi realizzati con un alimentatore (gruppo trasforma-

tore-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 dispersore 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 50). Completano il dispositivo due posti di misura: uno sull’alimentatore e l’altro sul

dispersore.

584

Figura 50. Protezione catodica con corrente impressa

7.Tecnologie trenchless per il rinnovo delle tubazioni per acquedotto

Come già visto per le reti di fognatura queste tecnologie trovano applicazione anche in campo

acquedottistico soprattutto per quanto attiene la Sostituzione e rinnovo di un tratto di acquedotto

che si presenti strutturalmente irrecuperabile .

Tutte le tecniche di rinnovo prevedono l’utilizzo di tubazioni in polietilene ad alta densità . Queste,

inserite all’interno della tubazione da risanare, realizzano una conduttura, per gas o acqua, utilizza-

bile a pressioni variabili tra 10-16 bar, con caratteristiche proprie conformi alle normative per il

convogliamento di gas e di fluidi alimentari (D.M. 24/11/84, Circ.Min.San. n°102/1978, Dir.CEE

80/778).

7.1 Insersione

E’ il metodo di più semplice tra i sistemi autoportanti e forse anche per questo, il più economico. Le

prime applicazioni risalgono agli inizi degli anni ’60 ad opera della Gaz de France (Società gestore

della rete gas francese). Venivano eseguite utilizzando tubazioni in acciaio o in ghisa (Lining Metal-

lico). Indubbi gli svantaggi come la maggior difficoltà nella fase di inserzione. L’introduzione nel

mercato delle materie plastiche ha prodotto una evoluzione del metodo che consiste nell’inserimento

all’interno della condotta da rinnovare, metallica o di cemento amianto, un tubo di polietilene (ge-

neralmente ad alta densità), avente diametro lievemente inferiore a quello del tubo esistente, che

ha dunque , funzione di “carrier” ovvero tubo guida. La conseguente riduzione di sezione, non pena-

lizza la rete in termini di pressioni e di portate, poichè i materiali usati nel processo di inserzione,

hanno dei coefficienti di scabrezza tali da compensare la piccola diminuzione di diametro 4.

4 L’inserimento di una tubazione in polietilene con un diametro di 225 mm in una vecchia condotta di ghisa grigia

con un diametro di 250 mm, comporta una riduzione dell’area di trasporto di circa il 26%..La perdita di portata reale, per effetto del miglioramento della scabrezza, non supera il 10%.

Tubazioni 585

Figura 51. Slip-lining di una condotta per metano e per aquedotto

Le operazioni di scavo sono limitate a quelle necessarie per consentire il lining della tubazione. Con

tale sistema è possibile eseguire, in una unica soluzione e con due soli scavi alle estremità, tratti da

100 a 300 metri con diametri da 63 mm a 1000 mm per acqua e fino a 630 mm per il gas.

Laddove ciò non fosse possibile, ovvero dove le distanze tra due pozzetti pre esistenti non consentano

la soluzione del lancio unico, vengono realizzati degli accessi di intermedi da cui effettuare le opera-

zioni di inserzione.

Le tubazioni in PE vengono così calate all’interno della vecchia condotta direttamente dal pozzetto di

inserzione. Possono essere tirate dall’estremità opposta tramite un argano motorizzato o spinti dal

pozzetto stesso con degli appositi spingitubo, in funzione del diametro della condotta.

Oltre ai pozzetti di inserzione, necessari nelle tratte rettilinee, bisogna approntare scavi aggiuntivi

per ciascun vertice planimetrico ed altimetrico della rete poichè il sistema ha come unico svantaggio

l’impossibilità di seguire i cambi di direzione.

Lo spazio anulare che rimane tra la vecchia e la nuova tubazione, viene successivamente riempito

pompando all’interno malta fluida che, a stagionatura avvenuta, avrà il compito di evitare il galleg-

giamento della nuova condotta all’interno di quella riabilitata, a proteggere le tubazioni preesistenti

da un ulteriore deterioramento e ad eliminare un eccessiva concentrazione di carichi. Al termine della

inserzione, le derivazioni di utenza vengono ripristinate saldando prese in carico a sella, previa aper-

tura di opportune finestre su entrambi i tubi. Tale operazione, ovviamente, dovrà prevedere l’esecu-

zione di uno scavo in corrispondenza delle prese. Tuttavia, ancora oggi è preferibile mettere tempo-

raneamente fuori servizio la condotta da risanare, garantendo comunque l’erogazione mediante la

realizzazione di by-pass temporanei.

Un’applicazione di questa tecnica ha riguardato il risanamento di un tratto della condotta idrica di

adduzione dell’acquedotto “La Ferriera”, sito nel Comune di Tione degli Abruzzi , in provincia di

L’Aquila.

586

Figura 52. Slip-lining di una condotta per metano e per aquedotto

La condotta realizzata, attorno agli anni 50, in cemento armato, ha un diametro nominale di 400 mm

ed è localizzata tra la diramazione di Goriano Valli e la diramazione di Tione degli Abruzzi, in Provincia

dell’Aquila, su tracciato montano, per uno sviluppo complessivo di circa 3160 m.

Nel corso degli ultimi anni, la condotta ha presentato ripetute perdite in corrispondenza dei giunti

realizzati, secondo la tecnologia esistente, con canapa e piombo. In alcuni casi fu riscontrata la

tendenza del giunto ad espellere il cordolo di piombo, specie sotto l’azione di sovrapressioni tempo-

ranee. Infine dall’analisi di alcuni campioni di condotta, rimossi in occasione di precedenti interventi,

è stato constatato un decadimento strutturale, legato all’avanzata età di esercizio, pertanto ha por-

tato a prevedere un intervento risolutivo.

Figura 53. La condotta in c.a. all’epoca della posa in opera e del campione rimosso

Considerate le notevoli difficoltà logistiche relative all’accesso al tracciato, situato lungo un costone

montano a circa 1000 m di altezza e con strade difficilmente praticabili, la difficoltà di apertura degli

scavi, in quanto il tracciato si sviluppa attraverso il Parco Naturale Velino-Sirente, è stato preso in

considerazione il ricorso a tecnologie di rinnovamento senza scavo. Fu scelto il relining con inser-

zione di tubazioni di PEAD (DN 315 - PN 6) saldate testa-testa.

A tale scopo la condotta esistente è stata sezionata in punti singolari (sfiati, scarichi e derivazioni )

Tubazioni 587

in modo da realizzare tratti , pressoché rettilinei, di lunghezza non inferiore a m 100.5

Figura 54. Messa in opera della condotta in PEHD

7.2.Close Fit

Tra i sistemi estensivi autoportanti, assumono particolare interesse, tutte quelle tecniche che, a dif-

ferenza della pura inserzione, prevedono la totale aderenza tra la vecchia e la nuova tubazione.

Si realizzano impiegando un tubo in Polietilene ad alta densità di diametro leggermente maggiore di

quello della condotta da risanare. Dopo aver ridotto temporaneamente la sua sezione, per consentire

l’operazione di inserzione, vengono ripristinate le dimensioni geometriche originali mediante l’ausilio

di vapore ad alta temperatura e pressione.

Le tecniche sono essenzialmente due e prevedono la riduzione del diametro in sede di cantiere senza

mutare la geometria della sezione del tubo: Rolldown, Swagelining; oppure utilizzando una tuba-

zione a sezione pre deformata: U-Liner, Sub-line.

Consente di rinnovare condotte per il trasporto di acqua, gas o liquidi fognari, con diametro fino a

500 mm, realizzando un decremento temporaneo di diametro eseguito senza variazione di forma

della sezione. La tubazione in Polietilene viene sottoposta ad una laminazione tramite una macchina

idraulica munita di una coppia di rulli emisferici contrapposti. 6

5 Maurizio Leopardi -Tecnologie trenchless nella riabilitazione delle reti Seminario L’Acqua e l’Ambiente - maggio 1999 6 La posizione dei rulli può essere opportunamente regolata in modo da ottenere una riduzione di diametro fino al 20% di quello di partenza.

588

Figura 55. Sistema Rolldown

Singole canne standard, vengono saldate tra di loro fino ad ottenere la lunghezza corrispondente al

tratto da rinnovare. La tubazione viene allora inserita nella condotta o per trazione, mediante un’

argano motorizzato, o per spinta, utilizzando una macchina spingitubo. Terminata questa fase,

l’azione della pressione idraulica riporta la tubazione di PE al suo diametro iniziale, grazie alla me-

moria elastica del PE.

Figura 56. Sistema Rolldown – Spingitubo

Brevetto della British Gas: riducendo al minimo la perdita di sezione dovuta all’inserzione, presenta

i seguenti vantaggi:

Tubazioni 589

deformazione diretta in cantiere; processo di reversione particolarmente semplice e sicuro; la tuba-

zione conserva la sua forma fino ad attivazione del processo di reversione.

La tubazione viene trainata attraverso una ghiera di rastremazione conica. L’azione combinata tra-

zione-ghiera, rende possibile una riduzione del diametro esterno del tubo del 7-8% per diametri sino

a 600 mm. Una volta terminata l’operazione di inserzione viene annullata la trazione e viene rimossa

la ghiera.

Figura 57. Sistema Swagelining

La tubazione in PEMD riacquista così gradualmente le dimensioni originali (90% nelle prime ore, il

restante 10% nelle successive 24 ore), ottenendo, anche in questo caso, una perfetta adesione tra

le due tubazioni.

U-Liner®

tecnica brevettata e sviluppata negli Stati Uniti garantisce un risanamento semplice e veloce anche

in presenza di un tracciato non rettilineo della rete. Un tubo di risanamento a forma di U in polietilene

(PEHD) ultraresistente ad alta pressione viene inserito nella vecchia condotta difettosa. Successi-

vamente, con impostazione dell'esatto controllo della temperatura e della pressione necessaria, si

procede al ripristino della forma rotonda originaria del tubo.

590

Figura 58. Sistema U_liner

Il tubo viene prodotto nelle lunghezze da 150 fino a 200 m. e nelle dimensioni da 100 a 300 DN.

Le caratteristiche della tubazione in PEHD sono differenti a seconda del campo di utilizzo (reti gas,

acqua, fognature) e sono distinguibili tramite differenti colorazioni. L’operazione di deformazione

provvisoria avviene, infatti, in stabilimento, ottenendo una riduzione del diametro interno pari al 55%

senza cedimenti strutturali del materiale. Il tubo viene poi avvolto su di un tamburo e trasportato

direttamente all'area di intervento.

Figura 59. Sistema U_liner – tubazioni in PEHD

Per l'installazione possono essere utilizzati pozzetti esistenti. L’inserimento all’interno del vecchio

tubo, preventivamente pulito, viene facilitato con opportuni inviti o pattini scorrevoli che hanno lo

scopo anche di protegge il tubo da eventuali danneggiamenti.

Figura 59. Sistema U_liner – Inserimento tubazione di PEHD

Nel caso di inserimenti di tubi di grandi dimensioni è consigliabile l'utilizzo di una carrucola di rinvio,

la cui forza di trazione viene regolata in funzione del diametro del tubo.

Al termine del processo di inserimento avviene l'espansione del tubo in PEAD alla sua forma

Tubazioni 591

originaria. Generalmente viene utilizzato vapore in pressione. Il passaggio di aria fredda consolida

ulteriormente la struttura.

S-Liner®

metodologia di rinnovo simile alla precedente, utilizzata per il rivestimento interno di condotte di

grande diametro (fino a1200 mm) con tubazioni di PE . L’insersione è continua tra due scavi, uno di

testa e l’altro di coda, per tutta la lunghezza del tratto da risanare. Pertanto tubazioni di lunghezza

standard vengono preventivamente saldate di testa realizzando un’unica condotta, lunga fino a 100

m, e deformata, con una macchina disposta in cantiere, con una piegatura longitudinale verso l’in-

terno che produce una riduzione della sezione di circa il 40%.

Figura 60. Sistema S_liner – Piegatura longitudinale tubazione di PEHD

Per impedirne il ritorno alla configurazione originaria la tubazione così deformata viene fasciata con

bande di polipropilene. Successivamente , ad inserzione ultimata, il processo di reversione è ottenuto

con l’immissione di vapore o acqua in pressione che, provocando la rottura della fasciatura, riporta

la tubazione di PE alla forma e dimensione originaria.

Figura 61. Sistema S_liner – Fasciatura di contenimento

7.3 Sostituzione

Quando dai risultati dei test non distruttivi, eseguiti accuratamente sulla rete, risulti che lo stato

delle condotte sia tale da non garantire, a seguito di un eventuale intervento di rinnovo, l’efficienza

592

e la stabilità è improcrastinabile la sostituzione parziale o integrale di tratte della rete.

Le Tecniche Trenchless si sono sviluppate anche in questo campo, offrendo diversi brevetti con de-

nominatore unico l’inserimento nel terreno di una nuova condotta previa distruzione della vecchia.

E’ un sistema finalizzato alla sostituzione di vecchie reti realizzate in materiale fragile come ghisa

grigia, fibrocemento, gres, con diametri fino a 200 mm.

La vecchia tubazione, viene percorsa da una ogiva in acciaio che presenta alle estremità 2 o 4 alette

mobili ad espansione azionate idraulicamente o pneumaticamente. Durante il suo percorso, il movi-

mento ad impulso delle alette frattura la vecchia tubazione spingendo i frantumi radialmente nel

terreno circostante.

Figura 62. Sistema Pipebursting

L’ogiva, con diametro pari o superiore alla vecchia condotta, trascina dietro di se un raccordo (tu-

bazione slave) con la funzione di alesare il foro di passaggio e proteggere dai frammenti della con-

dotta preventivamente fratturata, Quando lo slave è in posizione, viene inserito il tubo in PE. La

violenza delle vibrazioni impresse al terreno potrebbe però danneggiare le infrastrutture circostanti.

Una variante tecnica, consiste allora, nell’utilizzare un’ogiva munita lungo le sue direttrici di ali fisse,

sagomate a guisa di lama. Il suo traino all’interno della vecchia tubazione, comporta l’incisione di

profondi solchi causando successivamente la rottura al passaggio dello slave.

Figura 62. Sistema Pipebursting