Tubi in Polietilene e Polipropilene

ASSOCIAZIONE IDROTECNICA ITALIANA
Corso di
GESTIONE DEI SERVIZI IDRICI
Università degli Studi ROMA TRE
TUBI DI POLIETILENE E
POLIPROPILENE
dott. ing. Catello MASULLO
e-mail: [email protected]
Si ringrazia System Group
1
Strutturati
TUBAZIONI STRUTTURATE IN PP
TUBI DI POLIPROPILENE
CON PROFILO DI PARETE STRUTTURATO
PER CONDOTTE DI SCARICO INTERRATE
NON IN PRESSIONE
2
NORMATIVE
PROGETTAZIONE:
UNI EN 1295-1 + prEN 1295-3
Progetto strutturale di tubazioni interrate sottoposte a differenti condizioni di carico.
COSTRUZIONE TUBI: UNI 10968-1
(traduzione del prEN 13476-1)
Sistemi di tubazioni plastiche non in pressione per scarichi interrati e fognature – Sistemi di
tubazioni a parete strutturata di policloruro di vinile non plastificato (PVC-U), polipropilene
(PP) e polietilene (PE) – Parte 1: Specifiche per i tubi,i raccordi ed il sistema.
POSA:
UNI ENV 1046
Tubature plastiche e sistemi di canalizzazione - Sistemi esterni per la raccolta dell’acqua o di
risanamento all’esterno delle strutture edili - Pratiche di installazione sopra o sotto terra.
COLLAUDO IN OPERA: UNI EN 1610:1999
Costruzione e collaudo di connessioni di scarico e collettori di fognatura.
+ norme per risanamenti, manutenzione ecc.
3
CONDOTTE TIPO FLESSIBILE (PVC - PE)
Condotte flessibili
CARATTERISTICHE RICHIESTE
Rigidità anulare (SN)
Flessibilità anulare
Tenuta idraulica
Durabilità (creep)
Resistenza agli urti
Raccorderia e pezzi speciali
Resistenza abrasione
Capacità di far sistema
PVC UNI EN 1401
PE corr. UNI 10968
UNI EN ISO 9969
UNI EN ISO 9969
UNI EN 1446
UNI EN 1446
EN 1277
EN 1277
UNI EN ISO 9967
UNI EN ISO 9967
EN 744
EN 744
gamma elevata
gamma elevata
DIN EN 295-3
DIN EN 295-3
limitata
elevatissima
Requisiti minimi prestazionali: sono i medesimi per tubi strutturati
(PE – PP – PVC) che per i tubi compatti tradizionali di PVC
4
INIZIALE PREFERENZA PER PVC
Condotte flessibili
PE a.d.
PVC
ridotto valore di modulo elastico
maggiore valore di modulo elastico
maggiore spessore
minore spessore
maggiore peso
minore peso
maggiore costo
minore costo
saldatura di testa
bicchiere
migliore resistenza agli urti
minore resistenza agli urti
5
OBIETTIVI SVILUPPO
Evoluzione
Profilo ottimale condotta tipo flessibile
resistenza allo schiacciamento (SN)
pesi ridotti (→ minore costo, migliore movimentazione)
giunzione a bicchiere
elevata resistenza agli urti (bassa fragilità)
costo ridotto
TIPO LISCIO COMPATTO
TIPO STRUTTURATO
Spiralato
TIPO STRUTTURATO
Corrugato
6
EVOLUZIONE TUBI PARETE STRUTTURATA
Confronto profili
elevato valore del momento d’inerzia della parete
(valore di rigidità anulare conseguito con minor impiego di materiale)
a parità di rigidità anulare le tubazioni costruite in PE/PP con profilo di parete
strutturato hanno: pesi, costi ed oneri di posa inferiori
7
PRODUZIONE TUBI CORRUGATI PE-PP
Produzione corr.
8
LA POSA SECONDO UNI ENV 1046
Tipiche variazioni nella deflessione lungo una
tubazione per due livelli di qualità d’installazione
1 Deflessione del tubo
2 Con traffico
3 Senza traffico
4 Deflessione da assestamento
5 Deflessione da installazione
6 Tempo dopo installazione
7 Fase 1 (installazione)
8 Fase 2 (assestamento)
La deflessione finale è raggiunta più velocemente se il tubo è soggetto ai carichi
del traffico. La variazione nella deflessione dopo l’installazione dipende
soprattutto dall’assestamento e consolidamento del terreno circostante.
9
LA POSA SECONDO UNI ENV 1046
Tipiche variazioni nella deflessione lungo una
tubazione per due livelli di qualità d’installazione
1 Deflessione del tubo
2 Deflessione massima dopo l’installazione
3 Installazione normale del tubo
4 Deflessione media dopo l’installazione
5 Alta classe d’installazione del tubo
6 Lunghezza della tubazione
La differenza tra la deflessione media (4) e la massima (2) varia ed è
inferiore se i tubi sono di rigidità anulare maggiore (5)
10
RICHIESTE DEL MERCATO
Gestori + Tecnici + Installatori
1. maggiore tolleranza delle negligenze di posa
2. maggiore sicurezza nelle situazioni critiche (superficiali) di posa
3. maggiore affidabilità su interventi di manutenzione futuri
=
mantenimento caratteristiche di pregio dei tubi flessibili
con elevato irrigidimento anulare
11
13476 class. rig. an.
CLASSIFICAZIONE RIGIDITA’ ANULARE
UNI 10968
DN ≤ 500 mm:
4 – 8 – 16
DN > 500 mm: 2 – 4 – 8 – 16
Il valore della rigidità anulare “ SN “
è determinato da test
eseguito in conformità a UNI EN ISO 9969
12
13476 class. rig. an.
CLASSIFICAZIONE RIGIDITA’ ANULARE
L’espressione rappresentativa della rigidità è
E•I
SR =
3
Dm
E = modulo elastico del materiale [MPa]
Dm = diametro medio del tubo [m]
I = momento d'inerzia (I = s3/12) [mm4/mm]
13
I MATERIALI
VALORI TIPICI DI MODULO ELASTICO
PE
E = ≥ 800 [MPa]
PP
E = 1700 - 1900 [MPa]
PVC
E = ≥ 3000 [MPa]
14
POLIPROPILENE
PRINCIPALI DIFFERENZE COL PE
caratteristica
PE
PP
E (modulo elastico)
≥ 800
1700 – 1900
Resistenza shock
termici
buona
elevata
eccellente
≥ eccellente
0,950 g/cm3
0,930 g/cm3
EN 744
EN 744
(nessuna rottura a 0°C)
(nessuna rottura a 0°C)
Resistenza
all’abrasione
Densità
Resist. all’urto
Scabrezza tubazione PP: la medesima del PE
15
RISPOSTA ALLE ESIGENZE DEL MERCATO
TUBO CORRUGATO
IN POLIPROPILENE (PP)
ad elevato modulo elastico
con maggiore rigidità
anulare (SN16)
16
HYDRO 16 : I COSTI
settembre 2006
Prezzi di listino (€/m)
DN (d.e.)
200
250
315
400
500
630
800
1000
1200
PE SN8
9,36 13,74 21,83 31,82 55,26 76,28 148,40 214,30 315,10
PP SN16 10,48 15,39 24,45 35,64 61,89 87,72 170,66 246,45 362,37
diff.
1,12
1,65
2,62
3,82
6,63
11,44
22,26
32,15
47,27
11,97%
12,01%
12,00%
12,01%
12,00%
15,00%
15,00%
15,00%
15,00%
250
315
400
500
630
800
1000
1200
Prezzi scontati (€/m)
DN (d.e.) 200
PE SN8
4,68 6,87 10,92 15,91 27,63 38,14 74,20 107,15 157,55
PP SN16 5,24 7,70 12,23 17,82 30,95 43,86 85,33 123,23 181,19
diff.
0,56
0,83
11,97% 12,01%
1,31
1,91
12,00%
12,01%
3,32
5,72
12,00% 15,00%
11,13
16,08
23,64
15,00%
15,00%
15,00%
17
PREZZI SCONTATI
Prezzi scontati
agosto 2006 → sconto 52%
De mm
PVC
UNI EN 1401
CORRUGATI
UNI 10968
SN 4
SN 8
PE SN 4
PE SN 8
PP SN 16
250
7,776
9,696
5,957
6,595
7,387
315
12,144
15,408
8,563
10,478
11,736
400
19,632
24,864
12,715
15,274
17,107
500
34,358
43,997
20,933
26,525
29,707
630
54,302
70,070
34,949
36,614
42,106
800
95,875
133,670
60,384
71,232
81,917
1000
168,672
93,360
102,864
118,296
1200*
199,392
141,792
151,248
173,938
prezzi espressi in €/m
18
HYDRO 16
VANTAGGI HYDRO 16
1. > tolleranza sulle negligenze di posa (compattazione insufficiente)
2. > affidabilità su scavi a profondità ridotta
3. > sicurezza in caso di futuri interventi di scavo prossimi alla condotta
4. > sicurezza in trincee di elevata larghezza e parallelismi
5. rapporto costi benefici ulteriormente migliorato (ottimizzato)
19
HYDRO 16
DIBATTITO
COSA NE PENSATE ?
20
TUBAZIONI PE100
Sviluppi prestazionali
nel campo delle resine di polietilene
21
Posa tubi PE
Norma di riferimento
POSA TUBI PE
UNI ENV 1046
22
Tubo PE : tecniche moderne di installazione
Varie tecniche trenchless
y Relining
y Perforazione guidata
y Inserimento per frantumazione di
tubazione esistente (pipe bursting –
slip lining ecc.)
y Trincea stretta
y Tecnica ad aratro
y Posa senza sabbia
y Microtunnelling
y ...
23
Tubo PE : tecniche moderne di installazione
Narrow trenching
(trincea stretta)
Directional drilling
(perforazione guidata)
Courtesy : TractoTechnik
24
Tubo PE : tecniche moderne di installazione
Pipe Bursting
(inserimento per frantumazione
di tubazione esistente)
Courtesy : Tracto-Technik
25
Tubo PE : tecniche moderne di installazione
No-sand (posa senza sabbia)
Ploughing (tecnica ad aratro)
26
Tubo PE : tecniche moderne di installazione
Le peggiori condizioni reali che si possono considerare
quando progettiamo un sistema di tubazioni:
I tubi saranno danneggiati e i difetti
saranno presenti nella superficie
esterna
Le pietre verranno a contatto con il
tubo e creeranno una pressione
localizzata
27
Peggiori condizioni reali
Difetti generabili nella superficie esterna
durante l’inserzione del tubo o per movimentazione di cantiere
28
Peggiori condizioni reali
y Danneggiamenti accidentali (o negligenze ...)
29
Carico puntuale
Posizione permanente
Segmento perpendicolare al raggio del tubo
frattura
Superficie esterna del tubo
Posizione del
punto di carico
Superficie interna del tubo
30
Peggiori condizioni reali
y Carichi puntuali del pietrame inducono alla rottura
attraverso un meccanismo di crescita lenta della frattura
Courtesy : Dr. J. Hessel
31
Stadi di sviluppo delle tubazioni PE
l
Fin dagli anni ‘60, il PE si é imposto come il
principale materiale fra le condotte di
distribuzione !!10 MRS Class
RCP resistenza alla propagazione
Rigidità
rapida della frattura
HDPE °1 generazione
0
MDPE
HDPE 2° generazione
PE 100 Butene 3° generazione
PE 100 Esene
SCG resistenza
alla crescita lenta
della frattura
Melt Strength
(processabilità)
32
Obiettivi dello sviluppo
MRS Class
10
RCP resistenza alla propagazione
rapida della frattura
Rigidità
0
PE 100 Butene 3° generazione
PE 100 Esene
Obiettivi dello sviluppo
EuroPE100Evolution
Melt Strength
SCG resistenza alla crescita
lenta della frattura
33
Materia prima
I tubi a ELEVATISSIMA resistenza al fenomeno di SCG
sono prodotti con polimero
XSC 50
34
Norma EN 12201
Norma EN 12201-1
Caratteristiche delle composizioni di PE in forma di tubi
Parametri di prova
Caratteristiche
Resistenza alla
propagazione lenta
della frattura,
dimensioni tubi
SDR 11 Ø 110 o
125 mm
Resistenza alla
propagazione
rapida della frattura
per Ø 250 mm SDR
11
1)
Requisiti 1)
Nessuna rottura
durante la prova
Arresto
Parametri
Temperatura di
prova
Pressione interna
di prova
- PE 80
- PE 100
Periodo di prova
Tipo di prova
Temperatura di
prova
Mezzo di prova
Pressione interna
per:
- PE 80
- PE 100
Valori
Metodi di
prova
SCG ++
EN ISO
13479:1997
> 5000 h
80 °C
8,0 bar
9,2 bar
165 h
acqua in
acqua
0 °C
Aria
8,0 bar
10,0 bar
ISO
13477:1997
(prova S4)
> 12 bar
la conformità a questi requisiti dovrà essere dimostrata dal produttore della composizione (compound).
35
Discussione
l
Approccio semplice
– Ideati test di prova per simulare la peggiore
situazione che ci si può aspettare nella pratica
l
intagli acuti e profondi, carichi relativamente elevati
l
Applicazione di fattori accelleranti per produrre
risultati di prova in un lasso di tempo accettabile e
determinato che assicuri un meccanismo di frattura
rilevabile
alte temperature e tensioattivi
l
– Estrapolazione dei risultati per avvicinarsi alle
condizioni pratiche utilizzando un coefficiente di
sicurezza
36
Carico puntuale
Hessel
Ingenieurtechnik
Tubo 110 mm
Premente sferico
10 mm
Deformazione locale
controllata
Acqua esterna – 2%
Arkopal internamente
80 °C
10 mm
Posizione permanente
Parete tubo 5 mm
Segmento perpendicolare al raggio del tubo
8 bar
37
H
PE
0
vo
lu
tio
n
10
0E
vo
lu
tio
n
(b
)
10
0E
10
0
10
0(
a)
PE
PE
PE
80
M
D
PE
PE
PE
D
Resistenza tempo in ore
Risultati : test Carico puntuale
7000
6000
> 5000 hrs
5000
4000
3000
2000
1000
38
Prova di pressione sul tubo intagliato
ISO 13479
Tubo 63 - 125 mm
4 incisioni longitudinali
Acqua dentro e fuori
80 °C
PE 80 : 4,0 MPa
PE 100 : 4,6 MPa
Richiesto: > 165 h
39
H
PE
0
Ev
ol
ut
io
n
PE
80
M
D
P
PE E
10
0(
a)
PE
10
0
(
PE b)
10
0
(c
PE )
10
0E
PE voluti
on
10
0E
PE voluti
on
10
0E
PE voluti
on
10
0
D
Resistenza tempo in ore
Risultati : Prova su tubo intagliato
12000
10000
8000
6000
5000 ore
4000
2000
40
Cone test
ISO 13480
Tubo ∅ 32 mm
cono da 1,12 volte d.i.
1 taglio longitudinale
Soluzione acquosa di
Igepal
80 °C
Richiesto < 10 mm/gg
Gastec
41
Risultati : Cone test
Dopo 15 giorni
XSC 50
PE100(b)
MDPE
MDPE
PE100(b)
XSC 50
Dopo 30 giorni
42
Risultati : Cone test
Rottura innescata
Rottura non ancora iniziata
dopo 40 giorni) su XSC 50
Propagazione rottura
43
Discussione
Cosa significa una resistenza di 5000 ore ?
y Estrapolazione fattori temporali : ISO 9080
I limiti temporali di estrapolazione sono basati sui reali risultati sperimentali alla
massima temperatura di prova e sull’equazione di Arrhenius per la dipendenza
della temperatura utilizzando l’energia di attivazione apparente calcolata sul
secondo ramo (fragile) delle poliolefine stabilizzate [110 kJ/mol è un valore
conservativo per l’energia di attivazione del secondo ramo].
ΔT
ke
≥ 20
6
≥ 30
18
≥ 40
50
≥ 60
100
Un test di 5000 ore a 80 °C,
moltiplicato per un coefficiente 100,
significa una specifica di resistenza
> 57 anni a forti danneggiamenti
reali o in modellazioni come nei test
sui tubi incisi o in test con carichi
puntuali
44
Collegamenti
Per le giunzioni vengono utilizzati gli stessi prodotti dei PE100 tradizionali
1. raccorderia a serraggio meccanico
2. raccorderia stampata
3. raccorderia formata
4. raccorderia ad elettrofusione
5. saldatura testa a testa
45
Conclusioni
y La resistenza alla crescita lenta della frattura (SCG) delle resine PE100
esene bimodali, può essere ottenuta grazie alla ottimizzazione della
polimerizzazione e a una precisa progettazione della distribuzione dei
pesi molecolari. In questo modo è già stata dimostrata una prestazione
superiore a 10 volte quella dei PE100 tradizionali.
y I differenti metodi di prova per valutazione della resistenza alla rottura
fragile, inclusi i test a pressione in condizione di carichi puntuali, hanno
rivelato una reale corrispondenza alle esigenze attuali.
y Il livello di prestazioni rilevato fornisce l’indicazione che le resine XSC
50 possono soddisfare anche le necessità di riduzione dei reali costi
legati alle moderne tecniche di installazione dei tubi.
46
Esigenze del mercato
SICUREZZA
ƒ Affidabilità prodotto e fornitore
ƒ Tolleranza delle costrizioni operative
e di installazione
ƒ Tolleranza degli errori umani
ƒ Posa - inserimento
ƒ Operazioni di saldatura
ƒ Connessioni di qualsiasi tipo
DURABILITA’
SEMPLICITA’ DI
INSTALLAZIONE
ƒ Elevate aspettative di durabilità > 50 anni
ƒ Assenza riparazioni
ƒ Assenza manutenzione
ƒ Costo materiale
ƒ Costi di installazione
ƒ Costi operativi
ASPETTO
ECONOMICO
47
Esigenze del mercato
PE 100
ƒ Adatto alla tendenza del mercato
ƒ Standard PE ⇔ PE-X e PE multistrato
Insensibilità al
graffio, taglio
ƒ Adatto anche alle particolari esigenze delle
moderne ed economiche tecniche di
installazione (senza scavo a cielo aperto)
ƒ Estrema Sicurezza
ƒ Potenziale vantaggio (No Sabbia)
Facilità di
saldatura
Semplicità di
estrusione
Insensibilità alle
rocce
ƒ Standard comuni (EN12201 – EN1555)
ƒ Standard PE ⇔ PE-X e PE multistrato
ƒ Maneggevolezza
48
Conclusioni
y I tubi PE100 a ELEVATISSIMA resist. SCG offrono :
p > sicurezza: per esempio se associati a tecniche
d’installazione NO DIG e maggiore tolleranza sugli
errori di posa
p un beneficio per tutte le parti grazie al risparmio sui
costi di installazione
p l’apprezzata semplicità di installazione dei tubi PE
y Noi sosteniamo fortemente l’utilizzo di tubi PE100
colorati ad ELEVATISSIMA resistenza alla crescita lenta
della frattura
49
Incidenza costi tubi PE
ANNO 2002
Tot. importi a base d'asta
con ribasso d'asta 20%
ANNO 2003
Tot. importi a base d'asta
con ribasso d'asta 20%
ANNO 2004
Tot. importi a base d'asta
con ribasso d'asta 20%
Tot. importi a base d'asta
con ribasso d'asta 20%
Num.
IMPORTI A BASE
OFFERTE PE a.d.
D'ASTA
INCIDENZA
PE a.d. %
109
117.076.049,26
93.660.839,41
4.009.375,00
3,42%
4,28%
158
211.034.494,74
168.827.595,79
4.373.753,00
2,07%
2,59%
32
135.247.967,93
108.198.374,34
2.861.743,32
2,12%
2,64%
299
463.358.511,93
370.686.809,54
11.244.871,32
2,43%
3,03%
50
Incidenza costo tubi PE
Incidenza dei costi per l’installazione di tubi PE a.d. tradizionali
T
Ripristino
W
Letto di posa
Z
Posa tubi
Y
Scavi e rinfianchi
Ingegneria e D.L.
X
Tubi
3,03
0
20
40
60
80
100
Costi %
51
Incidenza costo tubi EuroPE100Evolution
prezzi tubi SCG ++: > ± 85% (rispetto PE100 NO SCG ++)
T
Ripristino
W
Letto di posa
Z
Posa tubi
Y
Scavi e rinfianchi
Ingegneria e D.L.
X
Tubi
5,46
0
20
40
60
80
100
Costi %
52
INTERNET
Per aggiornamenti in
tempo reale visitate il
portale tematico
www.tubi.net
53
PRODOTTI - SISTEMI INTEGRATI - SOLUZIONI
per acquedotti – gasdotti – fognature – drenaggi – irrigazioni – passaggio cavi
Servizio di assistenza, manuali e software specifici per:
Progettisti - Imprese - Gestori
Richieste documentazione tecnica a: [email protected]
54
Belluno, 28 settembre 2006
SALUTA e RINGRAZIA
TUTTI I PARTECIPANTI
55
Polietilene
Tubazioni in
pressione
Udine, 31 maggio 2006
56
I TUBI DI PE SONO PARTE DELLA
NOSTRA VITA QUOTIDIANA
l
GAS DOMESTICI
più del 95% delle reti di distribuzione del
GAS in Germania sono in POLIETILENE.
l
ACQUA POTABILE
Il POLIETILENE è oggi il materiale
preferito per le reti di distribuzione in tutta
Europa.
l
PROTEZIONE
I cavidotti di POLIETILENE consentono
un’agile posa dei cavi per reti elettriche,
telefoniche e in fibra ottica
57
PROPRIETA’ FONDAMENTALI DEL PE
RESISTENZA MECCANICA: resistenza sotto sforzo
(pressioni interne fino a 25 bar per acquedotti)
DUREZZA: assorbimento di energia prima del guasto (alta
resistenza all’urto)
FLESSIBILITA’: raggi di curvatura bassi (posa agevole)
RIGIDITA’: resistenza alla deformazione sotto carico
RESISTENZA ALLA ROTTURA: chimica (ESCR) o fisica
(SCG)
LEGGEREZZA, ASSENZA DI CORROSIONE, FACILITA’
DI GIUNZIONE, …
58
POLIMERI : Cristallini - Amorfi
Le catene polimeriche ramificate o con gruppi laterali
irregolari NON possono impacchettarsi insieme
abbastanza regolarmente per formare cristalli: sono i
polimeri AMORFI
La maggior parte dei polimeri è SEMICRISTALLINA: hanno sia una parte cristallina
che una regione amorfa
59
… e relativi prodotti
PE100 HDPE
Densità g/cm3
0.91
5
0.934
Cristallinità 40 %
60 %
LDPE
0.94 0.950
5
70 %
MDP
E
0.93
8
PE80
MDPE
0.96
5
90 %
HDPE
0.94
5
PE80
HDPE
60
DISTRIBUZIONE DEI PESI MOLECOLARI
quantità
Processabilità
Proprietà
principali
Proprietà
meccaniche
Ramificazioni
Catalizzatori Cr
Monomodali ZN
Metallocene
Peso molecolare
61
Distribuzione del CO-MONOMERO
Co-monomero
PM
Metallocene
Co-monomero
ZN
Co-monomero
Cr
PM
PM
Distribuzione del CO-Monomero / Peso molecolare
62
Resine BIMODALI
Buona
processabilità
Proprietà
principali
Buone
proprietà
meccaniche
Peso molecolare
63
ANTWERPEN
impianto di polimerizzazione bimodale dell’etilene
64
PROPRIETA’ NEL TEMPO
BREVE TERMINE:
- DUREZZA: resistenza all’impatto e alla propagazione rapida della frattura
(RCP)
- FLESSIBILITA’: facilità di avvolgimento, manipolazione e posa
LUNGO TERMINE:
- RESISTENZA ALLO SFORZO: resistenza alla pressione interna (MRS)
- RIGIDITA’: resistenza ai carichi
- FLESSIBILITA’: resistenza agli sforzi creati da piccole deformazioni
BREVE e LUNGO TERMINE:
- RESISTENZA ALLA ROTTURA:
- ambientale (ESCR)
- meccanica (SCG)
65
DESIGNAZIONE DEL MATERIALE
Designazione del materiale e sforzo di progetto massimo
Designazioni
PE 100
PE 80
PE 63
PE 40
σ (SIGMA)
Resistenza minima
richiesta (MRS)
[MPa]
[MPa]
[kg/cm2]
10,0
8,0
6,3
4,0
8,0
6,3
5,0
3,2
80
63
50
32
66
Principio dei test in pressione
METODO: EN 921
ISO 1167
Tubo: 32x3 mm
Temperatura: 20,40,60,80°C
Pressione: f.(tempo di rottura)
Tempi di rottura: 10 - >9000 h
Dati: min 30/temperatura
Estrapolazione: ISO 9080
67
Principio di estrapolazione
MRS
Log HO O P STRESS (MPa)
20°C
~100
~50
~6
40°C
60°C
80°C
Log FAILURE TIME (h)
50 y
Re: ISO EN
a
68
Tipi di rottura
DUTTILE
- deformazione visibile
- rottura a “becco di
delfino”
- sovrapressione sul
campione
FRAGILE
- nessuna deformazione
- rottura a “spacco”
- collasso chimico
69
Meccanismo della rottura DUTTILE
1
Re: Arnold LUSTIGER
1
Rottura da strappo : test di pressione
70
Meccanismo della rottura FRAGILE
1
Re: Arnold LUSTIGER
1
Rottura intercristallina per SCG
71
Curva di regressione del PE100
SEM 1.12 - 4 Parameters Model
Temperature (°C)
14
20
60
12
10.86
80
Stress (MPascal)
10
9
8
7
6
5
4
LTHS 50y
= 11.2 MPa
lpl 97.5%/50y = 10.8 MPa
LTHS
LPL
3
1
10
100
1’000
10’000
100’000
50 y
Time to failure (hour)
72
Tipiche curve a 80°C di HDPE-MDPE (PE80)
HOOP STRESS (MPa)
10
HDPE
MDPE
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
FAILURE TIME (h)
73
PERFORMANCE DEI TUBI
RESISTENZA ALLA
CRESCITA LENTA DELLA
FRATTURA
SLOW CRACK GROWTH
(SCG)
74
POSSIBILI DIFETTI SUPERFICIALI
Una scarsa attenzione durante trasporto,
movimentazione, installazione può provocare graffi
e incisioni sulla superficie esterna dei tubi
Lo Squeeze-off
utilizzato per fermare il
flusso può provocare
piccolissime rotture
all’interno del tuubo
75
INCISIONI DOVUTE ALLA INSTALLAZIONE
Zone « fredde » - elettrofusione
Bordino di saldatura - saldatura di testa
76
EFFETTO DEI CARICHI PUNTUALI
Frattura all’interno del tubo
77
SLOW CRACK GROWTH (SCG)
METODI DI PROVA
PRESSIONE
CONE TEST
80°C - ACQUA
TUBO
NOTCHED PIPE
TEST (NPT)
80°C - ACQUA
Intaglio 20%
SP tubo
EN 921
ISO 1167
EN ISO
13479
EN ISO
13480
ISO/DIS
16770.3
> 1000 h
165-1000 h
<15mm/g
50-500 h
80°C
Tensioattivi
Cono = 112%
Dint
FULL NOTCH CREEP
TEST (FNCT)
80°C
Tensioattivi - 4 Intagli
Barrette
78
NOTCHED PIPE TEST (NPT)
METODO: EN ISO 13479
Tubo: 110/125 mm SDR11
Temperatura: 80°C
Pressione: PE 80: 8 bar
PE 100: 9.2 bar
Tempo di prova: >165 h (>500 h)
79
RCP (Rapid Crack Propagation)
l
Instabilità sotto sforzo, o l’eccessiva concentrazione dello sforzo sulla
parete del tubo possono generare una rottura
l
Generalmente la rottura s’innesca per un danneggiamento accidentale da
impatto, per una frattura fragile (da SCG) o per un difetto sulla tubazione
(es. saldatura di testa)
l
Dopo l’inizio, la rottura può propagarsi alla velocità di 200 – 400 m/s
l
La propagazione della rottura può essere fermata dalla prestazionalità del
materiale, da elementi di mezzo (es. raccordi), o dalla caduta della
pressione
l
Temperatura, pressione e diametro/spessore di parete del tubo (SDR) sono
fattori influenti
80
RCP (Rapid Crack Propagation)
RCP
NON SOLO SUL
PE
PE
ACCIAIO
81
RCP FS TEST
∅ 500 mm SDR 11
Crack initiation blade
Pipe at 3°C filled to 90%, 24 bar
Deep cooling of initiation zone
82
RCP FS TEST
∅ 500 mm SDR 11
69 mm
80 mm
Low resistance initiation pipe failure
Crack lengths in test pipes
83
PE 100
∅ 1600 mm SDR 26 per sistemi di tubi in pressione
84
PE 100 BLU
sistemi di tubazioni per acqua potabile
85
Start pozzetti
POZZETTI in PE
PER RETI DI SCARICO INTERRATE NON IN PRESSIONE
86
Esigenze 1
ESIGENZE DELLE MODERNE RETI DI SCARICO
- Sistemi omogenei, continui e stagni
- Semplicità e velocità di installazione
- Durabilità
- Sicurezza in cantiere
- Economicità realizzazione opera e gestione
87
PRINCIPIO
Catena
NESSUNA CATENA
E’ MAI PIU’ FORTE
DEL SUO ANELLO PIU’ DEBOLE
88
ESIGENZE DELLE MODERNE RETI DI SCARICO
Immagine
89
APPLICAZIONI
Gamma x uso
Pozzetti di Linea
Pozzetti Vertice
Pozzetti di rallentamento
Pozzetti Intersezione
Pozzetti di salto
90
POSA POZZETTI
Posa pozzi PE
Posa pozzi CLS
91
Tipologie
POZZETTI: TIPOLOGIE
POZZETTI MODULARI
POZZETTI MODULARI
CORPO CORRUGATO
POZZETTI
MONOBLOCCO
- versatilità di cantiere
su altezze
- versatilità di cantiere su
altezze
- maneggevolezza
- maneggevolezza
- monolitici, completamente
stagni; unica stampata o
saldati
- gradini interni DIN19555
(integrati, co-stampati, con
antiscivolo)
- maneggevolezza
- gradini interni DIN19555
(integrati, co-stampati, con
antiscivolo)
92
SICUREZZA DELLE MODERNE RETI DI SCARICO
Immagine
93
Scalini
POZZETTI: I GRADINI
Il gradino rivestito di polietilene garantisce nel tempo la resistenza agli agenti corrosivi evitando
pericolosi cedimenti durante la manutenzione della condotta.
Per garantire un ulteriore sicurezza agli operatori, su ciascun gradino viene applicato una lamiera
antiscivolo in acciaio INOX.
I gradini sono conformi alle norme DIN19555, DIN 1264, DINI 4034 T1, DIN 19549.
PROVA
DI
CARICO
94
TEE D’ISPEZIONE
TEE Magnum M
TEE Magnum B
Diametri Esterni (DE)
ISPEZIONE
INGRESSI/USCITE
Diametri Interni (DI)
Moduli DN600 - Moduli DN800 - Moduli DN1000
630 – 800 – 1000 – 1200
600 - 800
95
TEE D’ISPEZIONE STAMPATE
96
TEE D’ISPEZIONE FORMATE
97
POZZETTO SIFONATO
Pozzetto sifonato
INNESTO TUBI FINO DN 200
98
POZZETTO SIFONATO
Pozzetto sifonato
99
RACCOMANDAZIONI DI POSA
Racc. posa
100
RACCOMANDAZIONI DI POSA
Racc. posa
101
SISTEMI DI GIUNZIONE ALLE CONDOTTE
Sistemi giunzione
Bicchiere per tubo corrugato
Bicchiere per tubo liscio
Saldatura con manicotto elettrico
Saldatura testa a testa
Giunto universale di collegamento
Collegamento con guarnizione
102
Statica tubi flessibili secondo prEN 1295-3
Statica flessibili
Tubi flessibili
Maggiore influenza
carichi statici e dinamici
sulla tubazione
Conseguenza
IRRIGIDIRE TERRENO CONTORNO TUBO
(nessun problema ai carichi statici e dinamici, ne alla sede stradale → lunga
durata)
103
Caratteristiche generali condotte
Rigidi-Flessibili
CARATTERISTICHE
RIGIDE
FLESSIBILI
forti
dipendenza rigidità
contorno
difficoltosa
agevole
FRAGILITA’
elevata
bassa
TEMPI - COSTI DI POSA
elevati
molto ridotti
ONERI SICUREZZA
elevati
molto ridotti
difficoltosa
agevole
STATICHE
MOVIMENTAZIONE
POSA
ASPETTATIVE DURABILITA’
TENUTA GIUNZIONI
CAPACITA’ RETE DI FAR
SISTEMA
minori
(x interventi di manutenzione)
maggiori
scarsa (eccetto ghisa)
ottima
Scarsa
elevata
104
Condotte tipo flessibile
Condotte flessibili
CARATTERISTICHE RICHIESTE
Rigidità anulare (SN)
Flessibilità anulare
Tenuta idraulica
Durabilità (creep)
Resistenza agli urti
Raccorderia e pezzi speciali
Resistenza abrasione
Capacità di far sistema
PVC UNI EN 1401
PE corr. UNI 10968
UNI EN ISO 9969
UNI EN ISO 9969
UNI EN 1446
UNI EN 1446
EN 1277
EN 1277
UNI EN ISO 9967
UNI EN ISO 9967
EN 744
EN 744
gamma elevata
gamma elevata
DIN EN 295-3
DIN EN 295-3
limitata
elevatissima
Requisiti minimi prestazionali: sono i medesimi per tubi strutturati
(PE – PP – PVC) che per i tubi compatti tradizionali di PVC
105
Condotte tipo flessibile
Condotte flessibili
PE a.d.
PVC
ridotto valore di modulo elastico
maggiore valore di modulo elastico
maggiore spessore
minore spessore
maggiore peso
minore peso
maggiore costo
minore costo
saldatura di testa
bicchiere
migliore resistenza agli urti
minore resistenza agli urti
106
Obiettivi sviluppo
Evoluzione
Profilo ottimale condotta tipo flessibile
resistenza allo schiacciamento (SN)
pesi ridotti (→ minore costo, migliore movimentazione)
giunzione a bicchiere
elevata resistenza agli urti (bassa fragilità)
costo ridotto
TIPO LISCIO COMPATTO
TIPO STRUTTURATO
Spiralato
TIPO STRUTTURATO
Corrugato
107
EVOLUZIONE TUBI PARETE STRUTTURATA
Confronto profili
elevato valore del momento d’inerzia della parete
(valore di rigidità anulare conseguito con minor impiego di materiale)
a parità di rigidità anulare le tubazioni costruite in PE con profilo di parete
strutturato hanno: pesi, costi ed oneri di posa inferiori
108
Profili
PROFILI
TUBI PE a.d. CORRUGATI
TUBI PE a.d. SPIRALATI
DN (d.e.) 40 → 1200 mm
DN (d.i.) 500 → 1500 mm
109
PREZZI SCONTATI
Prezzi scontati
agosto 2006 → sconto 52%
De mm
PVC
UNI EN 1401
CORRUGATI
UNI 10968
SN 4
SN 8
PE SN 4
PE SN 8
PP SN 16
250
7,776
9,696
5,957
6,595
7,387
315
12,144
15,408
8,563
10,478
11,736
400
19,632
24,864
12,715
15,274
17,107
500
34,358
43,997
20,933
26,525
29,707
630
54,302
70,070
34,949
36,614
42,106
800
95,875
133,670
60,384
71,232
81,917
1000
168,672
93,360
102,864
118,296
1200*
199,392
141,792
151,248
173,938
prezzi espressi in €/m
110
DIFFERENZE PREZZI (€/m)
Differenze prezzi €/m
rispetto prezzi tubi PE Corrugati
De mm
PVC
CORRUGATI
UNI EN 1401
UNI 10968
SN 4
SN 8
PE SN 4
PE SN 8
PP SN 16
250
1,819
3,101
←
← →
0,792
315
3,581
4,930
←
← →
1,258
400
6,917
9,590
←
← →
1,834
500
13,426
17,472
←
← →
3,182
630
19,354
33,456
←
← →
5,491
800
35,491
62,438
←
← →
10,685
1000
75,312
←
→
15,432
1200*
57,600
←
→
22,690
prezzi espressi in €/m
111
DIFFERENZE PREZZI (%)
Differenze prezzi %
rispetto prezzi tubi PE Corrugati
De mm
PVC
CORRUGATI
UNI EN 1401
UNI 10968
SN 4
SN 8
PE SN 4
PE SN 8
PP SN 16
250
30,54
47,02
←
← →
12,01
315
41,82
47,05
←
← →
12,00
400
54,40
62,79
←
← →
12,01
500
64,14
65,87
←
← →
12,00
630
55,38
91,37
←
← →
15,00
800
58,78
87,65
←
← →
15,00
1000
80,67
←
→
15,00
1200*
40,62
←
→
15,00
112
PRODUZIONE TUBI CORRUGATI PE a.d.
Produzione corr.
113
PRODUZIONE TUBI SPIRALATI PE a.d.
Produzione Spiral.
114
Elenco caratteristiche
CARATTERISTICHE PRINCIPALI
Rigidità anulare
Leggerezza
Maneggevolezza
Pieghevolezza
Inerzia chimica
Resistenza agli urti
Resistenza all’abrasione
Tenuta idraulica
Scabrezza
115
13476 class. rig. an.
CLASSIFICAZIONE RIGIDITA’ ANULARE
UNI 10968
L’espressione rappresentativa della rigidezza è
SN = E•I/Dm3
E
Dm
I
= modulo elastico del materiale (1,0·103) [MPa]
= diametro medio del tubo [m]
= momento d'inerzia (I = s3/12) [m4/m]
Il valore SN è determinato da test
eseguito in conformità a UNI EN ISO 9969
DN ≤ 500 mm:
4 – 8 – 16
DN > 500 mm: 2 – 4 – 8 – 16
116
Leggerezza
LEGGEREZZA
es.: ∅ 315 mm SN4
PVC
kg 11,5 m → kg 69,0 barra da 6 m
PE corr. kg 4,7 m → kg 28,2 barra da 6 m (- 59,1%)
PE corr. kg 4,7 m → kg 56,4 barra da 12 m (- 18,3%)
es.: D.i. 1.000 mm
CLS vibrocompresso (non armato) UNI U734.096.0
kg 2.685 barra da 2 m
PE corr. ∅ 1.200 mm SN4, kg 60 m → kg 360 barra da 6 m / kg 720 barra da 12 m
PE corr. ∅ 1.000 mm SN4, kg 40 m → kg 240 barra da 6 m / kg 480 barra da 12 m
PE spir. d.i. 1.000 mm SN4, kg 70 m → kg 420 barra da 6 m / kg 840 barra da 12 m
es.: D.i. 1.000 mm
PRFV
kg 100 m → kg 600 barra da 6 m
PE corr. kg 60 m → kg 360 barra da 6 m (- 40%)
PE spir. kg 70 m → kg 420 barra da 6 m (- 30%)
117
Leggerezza e
maneggevolezza
LEGGEREZZA E MANEGGEVOLEZZA
leggerezza e maneggevolezza consentono:
> velocità di posa
< costi di cantierizzazione
> sicurezza
< sfridi
< disagi e costi sociali indotti
118
Pieghevolezza
PIEGHEVOLEZZA
La pieghevolezza consente:
> possibilità di soluzioni di cantiere
< impiego di pezzi speciali
> velocità di realizzazione dell’opera
< costi
Raggio di curvatura
≅ 30 De
119
Inerzia chimica
INERZIA CHIMICA
UNI ISO/TR 7474
Verifica effettuata con prova di durata
pari a 55 giorni su lastre di PE delle
dimensioni di 50x25x1 mm
Resistenza chimica, elettrochimica
e biologica delle tubazIoni PE
ECCELLENTE
INERZIA ALLE
CORRENTI VAGANTI
120
Resistenza agli urti
RESISTENZA AGLI URTI
EN 744
Verifica effettuata con provini condizionati a
0 °C per almeno 2 h e colpiti con apposito
battente su tutta la circonferenza
Resistenza all’urto delle tubazioni
PE anche alle basse temperature
OTTIMA
121
Resistenza all’abrasione 1
RESISTENZA ALL’ABRASIONE
DIN EN 295-3
Verifica effettuata sottoponendo i provini di
tubo a 400.000 cicli di inclinazione con
conseguente scivolamento del fluido
(acqua) contenuto mescolato ad apposita
miscela di inerti; gli inerti vengono cambiati
(rinnovati) ogni 50.000 cicli.
Resistenza all’abrasione delle
tubazioni PE a.d.
OTTIMA E CERTIFICATA
CEMENTO
PRFV
ACCIAIO
PVC
GRES
PE a.d.
≅ 20 h
≅ 25 h
≅ 34 h
≅ 50 h
≅ 60 h
≅ 100 h
Fonte: Politecnico di Darmstadt (D)
122
Resistenza all’abrasione 2
RESISTENZA ALL’ABRASIONE
A livello europeo per abrasione si tende a dare maggiore importanza
alla resistenza alle operazioni di manutenzione, che alla resistenza
all’usura da passaggio dei fluidi (non problema)
Resistenza all’abrasione delle
tubazioni PE a.d. corrugate
ECCELLENTE
in primo piano tubo di
produzione SYSTEM GROUP
con giunzione a bicchiere
123
Resistenza all’abrasione 3
RESISTENZA ALL’ABRASIONE
COLLAUDI
-sonda DURANO a 150 atmosfere
-sonda FARA a 220 atmosfere
-sonda WARTOG a 150 atmosfere
-ugello catena FRIULI a 150 atmosfere
-bilanciato MATISONE da 32 kg a 180 atmosfere
-sonda MEGA 6 a 150 atmosfere
124
Tenuta idraulica
TENUTA IDRAULICA
EN 1277
Verifica effettuata giuntando (a bicchiere e/o
bigiunto) il campione, applicando deformazione
(5% De) sul punto di giunzione e sul maschio
(10% De) ad una data distanza dal punto di
giunzione (≅ 50 cm), esecuzione di n. 3 cicli di
pressione di prova (10 min. ciascuno):
15 min. a 0,05 bar (non devono risultare perdite)
15 min. a 0,5 bar (non devono risultare perdite)
15 min. a -0,3 bar (non devono risultare perdite)
I 3 cicli vengono ripetuti togliendo le
deformazioni ma applicando disassamenti nel
punto di giunzione pari a 2° - 1,5° - 1° (a
seconda del diametro della tubazione testata)
125
Giunzioni corrugati
Manicotto
GIUNZIONI TUBI CORRUGATI
dal ∅ 125 mm al ∅ 1.200 mm
2 guarnizioni
2 infilaggi
Bicchiere SWS
dal ∅ 250 mm al ∅ 400 mm
1 guarnizione
1 infilaggio
Bicchiere INTEGRAL dal ∅ 500 mm al ∅ 1.200 mm
1 guarnizione
1 infilaggio
126
Raccordi corrugati
RACCORDI TUBI CORRUGATI
Esecuzione foro con fresa a tazza
Inserimento bicchiere e tubo
Inserimento guarnizione
Particolare giunzione
127
Bicchieri Spiralati
BICCHIERE TUBI PE a.d. SPIRALATI
Schemi profilo
128
Saldature Spiralati
SALDATURE TUBI PE a.d. SPIRALATI
Le tubazioni PE a.d. con profilo di parete strutturato, di tipo Spiralato
“Helidur Spiral Pipes Process”, sono saldabili di testa
129
Scabrezza
SCABREZZA PARETI DI PE a.d.
Nei calcoli, validi in condizione di esercizio, possono
essere utilizzati i seguenti valori di scabrezza
TIPO DI
CANALIZZAZIONE
Bazin γ
[m½]
Gauckler – Strickler
KS
[m⅓ s-1]
Pareti di polietilene
(0,10)
(95)
Pareti di cemento in uso
(0,23)
(70)
Pareti di PVC
(0,10)
(95)
130
CONFRONTO PRESTAZIONI IDRAULICHE PE - CEMENTO
Confronto PE-CLS
CONFRONTO VALORI DI PORTATA TUBI DN 1.000 mm CALCOLATI
CON L’ESPRESSIONE DI GAUCKLER-STRICKLER (pendenza 1%)
Tubi cemento
Tubi PE a.d. corr.
50%
53,76%
60%
65,17%
70%
77,55%
131
Tubi corrugati
TUBI CORRUGATI
per sistemi interrati di scarico acque
da ∅ 125 mm a ∅ 1.200 mm
132
Corrugati AMR
TUBI CORRUGATI PER DISSIPAZIONE
tubazioni SLOW-FLOW AMR
per rallentamento acque in posa ad elevata pendenza
E’ stata eseguita una indagine
sperimentale sul comportamento
idraulico di tubazione in PE a.d. con
parete interna corrugata
valori sperimentati
2° → 10° (3,49% → 17,37%)
Gamma
De 200 → 500 mm
133
TUBI CORRUGATI FESSURATI PER SISTEMI DRENANTI
Tubi corr. drenanti
Edilizia - Agricoltura - Strade - Discariche - Ambiente - Biogas
134
TUBI CORRUGATI PER SISTEMI CAVIDOTTISTICI INTERRATI
Tubi corr. cavidotti
dal ∅ 40 mm al ∅ 200 mm
Protezione cavi
TLC
Protezione cavi
elettrici
Protezione cavi
ENEL
135
POZZETTI PE
prePozzetti
136