Parte nona Tubazioni per acquedotti 1. Tubi di acciaio

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 caratteristiche del materiale, semilavorato o finito, dal quale si realizzano i tubi (Figura 1)
Tubazioni
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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.
560
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 saldatura consente il riscaldamento di una zona molto limitata dei lembi da saldare.
Figura 4
Tubazioni
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Subito dopo la saldatura viene effettuata la scordonatura ed un trattamento termico (normalizzazione) 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.
562
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 tubazioni 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
Tubazioni
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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 vengono 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
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fino al color bianco. I bordi vengono premuti l’uno contro l’altro da appositi rulli di pressione, ottenendo 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 procedimento 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 cordoni di saldatura, la predisposizione, previa cianfrinatura dei lembi delle testate tubo, per la successiva saldatura in campo (Figura 12).
Figura 12
Segue la fase di espansione ha il duplice scolo di calibrare perfettamente la forma del tubo ed egualizzare 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
Tubazioni
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Infine la protezione contro la corrosione delle condotte interrate viene attuata con opportuni rivestimenti, 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 raffreddamento e la rimozione del rivestimento alle estremità le tubazioni vengono sottoposti a controlli visivi, dimensionali 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 consistono 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 sottoposto 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 richiesta.
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
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Tubi spa.
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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 85011, 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 sottoposto a controlli visivi, dimensionali (spessore) e prove tecnologiche. La TubiSpa è in grado di adeguare la propria 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 funzione 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, secondo 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 rivestimento 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 realizzati 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.
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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 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
Johnson , non richiedendo saldature, viene utilizzato come giunto di smontaggio.
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Viking-
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 caratteristiche 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 opportunamente dosati, la riduzione degli spessori con l’affermarsi della tecnica della pre-compressione, procedimenti 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.
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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 longitudinali 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 caratteristica 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.
570
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 precompressione 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
Tubazioni
571
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 riproducono, 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 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 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.
572
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 interessato 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
Tubazioni
573
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 estrusione 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
Termo-piastra
controllo disassamento e complanarità
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 condotte vengono allineati e bloccati con appositi posizionatori.
Tra le testate viene inserita la termo-piastra; trascorso il tempo di riscaldamento delle testate, funzione 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.
574
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 ganasce 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 collegare 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
Tubazioni
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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
PN5
160 ÷1000mm.
PN8
50 ÷ 1000mm.
Lunghezze
DN 20:
rotoli da 200 m
DN 25÷75:
rotoli da 100 m
PN12,5 32 ÷ 630mm.
DN 90÷110:
rotoli da
PN20
DN 63÷ 1000:
barre da metri 6 – 12 m
20 ÷ 450mm.
50 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
576
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 insaturo (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 impermeabilità. 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 significativamente 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 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 metalliche poste in lenta rotazione. Si
ricorre peraltro spesso all’adozione di pezzi speciali ottenuti da lamiere di acciaio saldate.
Figura 37
Tubazioni
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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, sbatacchiature 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
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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 pressione 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.
Tubazioni
579
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.
580
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 restando 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
Tubazioni
581
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 ritorno) 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 infiammabili) . 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
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.
582
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 collegamento-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 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 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.
Tubazioni
583
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, utilizzabile 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 Metallico). 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 (generalmente 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 penalizza 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.
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%.
4
584
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 operazioni 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 galleggiamento 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 apertura di opportune finestre su entrambi i tubi. Tale operazione, ovviamente, dovrà prevedere l’esecuzione di uno scavo in corrispondenza delle prese. Tuttavia, ancora oggi è preferibile mettere temporaneamente 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.
Tubazioni
585
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 temporanee. 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 portato 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 inserzione 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 )
586
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 differenza 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 tubazione 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
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.
5
Tubazioni
587
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 memoria 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:
588
deformazione diretta in cantiere; processo di reversione particolarmente semplice e sicuro; la tubazione conserva la sua forma fino ad attivazione del processo di reversione.
La tubazione viene trainata attraverso una ghiera di rastremazione conica. L’azione combinata trazione-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. Successivamente, con impostazione dell'esatto controllo della temperatura e della pressione necessaria, si
procede al ripristino della forma rotonda originaria del tubo.
Tubazioni
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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
590
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’interno 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
Tubazioni
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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 denominatore 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 movimento 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 (tubazione slave) con la funzione di alesare il foro di passaggio e proteggere dai frammenti della condotta 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
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