Parte settima. Le reti fognanti. Premessa. Normativa vigente

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1 Parte settima Premessa Le reti fognanti L azione antropica sul territorio si è manifestata nei secoli in maniera sempre crescente ma, negli ultimi decenni, si è intensificata in modo esponenziale, in relazione alle accresciute potenzialità offerte dalla tecnologia. Si sono così verificati intensi fenomeni di trasformazione dell uso del suolo, dovuti a processi di urbanizzazione, di industrializzazione e di coltivazione di vaste aree, che hanno comportato macroscopici interventi sul territorio. Pertanto la difesa idraulica del territorio non investe solamente le problematiche della difesa dalle inondazioni, ma anche il drenaggio delle aree urbane al fine di regolare le acque meteoriche in eccesso ed incanalarle in un sistema di canalizzazioni, di manufatti, apparecchiature e macchinari atti a raccogliere ed allontanare dagli abitati le acque meteoriche e le acque reflue prodotte dagli usi domestici, pubblici, artigianali ed industriali. Un sistema siffatto prende il nome di fognatura dinamica. La progettazione di una rete di fognatura è strettamente correlata alla conoscenza dell afflusso meteorologico, pertanto origina dallo studio delle precipitazioni che, attraverso la mediazione del bacino, vengono trasformate in portate secondo vari modelli di trasformazione afflussi-deflussi. Infine, per una valida progettazione della rete di fognatura occorrono : Normativa vigente NORMATIVA STATALE: Circolare Ministeriale LLPP n /74 "Istruzioni per la progettazione delle fognature e degli impianti di trattamento delle acque di rifiuto" Legge 10/5/1976 n. 319 "Norme per la tutela delle acque dall'inquinamento" Delibera C.I Allegato 4 " Norme tecniche generali per la regolamentazione dell'installazione e dell'esercizio degli impianti di fognatura e depurazione" Decreto Ministeriale LL.PP. 12/12/1985 "Norme tecniche relative alle tubazioni" COMPETENZE REGIONALI Piano Regionale di risanamento delle acque (art.8 Legge 319/76) Le reti fognanti 351

2 Supporto carografico Corografia 1: : delimitazione dei confini amministrativi, - delimitazione del bacino idrografico gravante sul centro da servire - idrografia superficiale Planimetria quotata 1:2000 o, meglio, 1: piano quotato con curve di livello ad intervallo di 0,50 m - spartiacque ed impluvi naturali Piani Urbanistici e Previsioni di sviluppo Dati demografici Popolazione residente (serie storica) Popolazione stabile non residente (collegi,caserme,ospedali) Popolazione fluttuante con pernottamento (alberghi, 2 case, ecc.) Popolazione fluttuante senza pernottamento (addetti unità lavorative) Dati relativi alle unità produttive Tipologia dell attività Numero addetti Dati pluviometrici Dati sull idrografia superficiale Dati freatimetrici 1. Caratteri di qualità delle acque di fogna 1.1 Acque reflue domestiche I caratteri di qualità delle acque reflue domestiche sono connessi fondamentalmente con la differente tipologia degli insediamenti, con le dotazioni idriche, con la natura ed il livello di dotazione dei servizi. Sussistono inoltre numerosi altri fattori che condizionano i caratteri delle acque di rifiuto domestiche, quali la successione delle stagioni, la presenza di acque di falda infiltrate, l'accidentale immissione di sostanze inusitate, ecc. I caratteri di qualità delle acque reflue, pertanto, in quanto dipendenti da un limitato numero di fattori determinatori, sono in linea di massima determinabili a priori. Le indagini di campo, anche se di tipo speditivo, sono peraltro sempre auspicabili e necessarie per avere valida conferma degli assunti progettuali. I principali indicatori ai quali viene fatto riferimento per quantizzare il livello di inquinamento delle acque reflue sono costituiti da parametri chimico fisici, dal contenuto di materiale organico, di materie solide, di nutrienti e di metalli pesanti. Le misure che vengono normalmente eseguite riguardano: il BOD ( Biochemical Oxygen Demand ): quantità di ossigeno richiesta dai microrganismi presenti in un liquame abilitati alla stabilizzazione aerobica delle sostanze organiche biodegradabili. La determinazione si effettua prelevando un campione di liquame contenuto all'interno di una bottiglia chiusa con un tappo misuratore della quantità di ossigeno consumata all'interno del contenitore. Con riferimento al valore misurato sul display a 5 giorni (BOD 5 ) questo risulta un consumo di ossigeno pari al 68% del totale richiesto per la stabilizzazione. 352

3 Figura 1. Contenitore per la misurazione del BOD il COD ( Chemical Oxygen Demand ): quantità di ossigeno richiesta da un liquame per conseguire la ossidazione chimica della quasi totalità delle sostanze organiche, sia biodegradabili che non biodegradabili. Il valore del COD di un liquame è sempre superiore al valore del BOD e non risente della presenza di inibitori tossici. il TOC ( Total Organic Carbon ): è una determinazione che, attraverso la titolazione dl carbonio presente nel liquame, individua la totalità di sostanze organiche presenti nel liquame. i solidi sospesi l'azoto ammoniacale e nitroso il fosforo, totale e come ortofosfati i tensioattivi gli olii ed i grassi i metalli pesanti, specie il piombo e lo zinco. Facendo riferimento alla situazione italiana, un liquame bruto domestico è caratterizzato da un BOD 5 pari a ppm, con valori di picco, rilevabili nelle prime ore della giornata, pari a ppm. Nei collettori nei quali forte è la presenza di acque di falda infiltrate, il BOD 5 può scendere fino a valori di 100 ppm. 1.2 Acque di drenaggio di origine meteorica I caratteri di qualità delle acque di drenaggio urbano sono connessi fondamentalmente con le condizioni meteorologiche di tempo di pioggia, con l intensità della precipitazione, con la differente tipologia degli insediamenti, con l'inquinamento atmosferico, con il materiale sedimentato nelle fogne, con la natura e la quantità dei sedimenti sulla superficie dilavata. Sussistono inoltre numerosi altri fattori che condizionano i caratteri delle acque di pioggia, quali la successione delle stagioni, il numero di giorni non piovosi che precedono l'evento pluviometrico, la presenza di acque di falda infiltrate, la natura ed il livello di dotazione dei servizi, le dotazioni idriche, l'accidentale immissione di sostanze non usuali, ecc. I caratteri di qualità delle acque di drenaggio, pertanto, in quanto dipendenti da un elevato numero di fattori determinatori e da un elevatissimo numero di fattori accessori, non sono determinabili a priori, ma richiedono lunghe ed onerose indagini di campo volte alla loro acquisizione in termini statisticamente significativi. I principali indicatori ai quali viene fatto riferimento per quantizzare il Le reti fognanti 353

4 livello di inquinamento delle acque di drenaggio sono costituiti da parametri chimico fisici, dal contenuto di materiale organico, di materie solide, di nutrienti e di metalli pesanti. Le misure che vengono normalmente eseguite riguardano: per i parametri chimico fisici per il materiale organico per le materie solide per i nutrienti per i metalli pesanti ph, Temperatura, Conducibilità, Torbidità BOD, COD e TOC Solidi sospesi Fosforo (totale e come ortofosfato) Piombo, Zinco, Mercurio, Cadmio, Rame Durante le precipitazioni i caratteri di qualità delle acque di pioggia risultano molto variabili in funzione sia del tasso e della natura dell'inquinamento atmosferico al momento presente, sia del ruscellamento e della contaminazione superficiale (presenza di vegetazione, erosione delle pavimentazioni e del suolo, materia organica presente sulla superficie, traffico veicolare, rifiuti dell'attività umana, ecc.), sia della capacità di mobilitazione di materiale sedimentato nelle canalizzazioni della rete di fognatura. 2. Impianti di Fognatura Definizioni L Allegato 4 alla Delibera del Comitato Interministeriale relativo alle Norme tecniche generali per la regolamentazione dell installazione e dell esercizio degli impianti di fognatura e depurazione riporta le definizioni di un usuale e ricorrente terminologia che verrà spesso richiamata nei paragrafi seguenti. Per impianto di fognatura si intende il complesso di canalizzazioni, generalmente sotterranee, atte a raccogliere ed allontanare da insediamenti civili e/o produttivi le acque superficiali (meteoriche, di lavaggio, ecc.) e quelle reflue provenienti dalle attività umane in generale. Le canalizzazioni funzionano a pelo libero; in tratti particolari il loro funzionamento può essere in pressione (condotte di mandata da stazioni di sollevamento, attraversamenti in sifoni, ecc.). Una rete di fognatura può essere a sistema misto quando raccoglie nella stessa canalizzazione sia le acque di tempo asciutto, che quelle di pioggia, ed a sistema separato se le acque reflue vengono raccolte in una apposita rete distinta da quella che raccoglie le acque superficiali. Le canalizzazioni, in funzione del ruolo che svolgono nella rete fognaria, sono distinte secondo la seguente terminologia: fogne: canalizzazioni elementari che raccolgono le acque provenienti da fognoli di allacciamento e/o da caditoie, convogliandole ai collettori; collettori: canalizzazioni costituenti l'ossatura principale delle rete che raccolgono le acque provenienti dalle fogne e, allorché conveniente, quelle ad essi direttamente addotte da fognoli e/o caditoie. I collettori a loro volta confluiscono in un emissario; emissario: canale che, partendo dal termine della rete, adduce le acque raccolte al recapito finale. 1) Le canalizzazioni fognarie e le opere d'arte connesse devono essere impermeabili alla penetrazione di acque dall'esterno e alla fuoriuscita di liquami dal loro interno nelle previste condizioni di esercizio. Le sezioni prefabbricate devono assicurare l'impermeabilità dei giunti di collegamento e la linearità del piano di scorrimento. La impermeabilità del sistema fognario deve essere attestata da appositi certificati di collaudo. 2) Le canalizzazioni e le opere d'arte connesse devono resistere alle azioni di tipo fisico, chimico e biologico eventualmente provocate dalle acque reflue e/o superficiali correnti in esse. Tale resistenza potrà essere assicurata sia dal materiale costituente le canalizzazioni, che da idonei rivestimenti. L'impiego del materiale di rivestimento e delle sezioni prefabbricate è ammesso solo su presentazione di apposita dichiarazione di garanzia, debitamente documentata, della ditta di fabbricazione. Le canalizzazioni costituite da materiali metallici devono, inoltre, risultare idoneamente protette da eventuali azioni aggressive provenienti sia dall'esterno, che dall'interno delle canalizzazioni stesse. Il regime delle velocità delle acque nelle canalizzazioni deve essere tale da evita- 354

5 re sia la formazione di depositi di materiali, che l'abrasione delle superfici interne. I tempi di permanenza delle acque nelle canalizzazioni non devono dare luogo a fenomeni di settizzazioni I delle acque stesse. 3) Manufatti di ispezione devono di norma essere previsti ad ogni confluenza di canalizzazione in un altra, ad ogni variazione planimetrica tra due tronchi rettilinei, ad ogni variazione di livelletta ed in corrispondenza di ogni opera d'arte particolare. II piano di scorrimento nei manufatti deve rispettare la linearità della livelletta della canalizzazione in uscita dai manufatti stessi. I manufatti di cui sopra devono avere dimensioni tali da consentire l'agevole accesso al personale addetto alle operazioni di manutenzione e controllo. Lungo le canalizzazioni, al fine di assicurare la possibilità di ispezione e manutenzione, devono disporsi manufatti a distanza mutua tale da permettere l'agevole intervento del personale addetto. 4) Le caditoie devono essere munite di dispositivi idonei ad impedire l'uscita dalle canalizzazioni di animali vettori e/o di esalazioni moleste. Esse devono essere disposte a distanza mutua, tale da consentire la veloce evacuazione nella rete di fognatura delle acque di pioggia e comunque in maniera da evitare ristagni di acque sulle sedi stradali o sul piano di campagna. 5) Tutti gli allacciamenti previsti alle reti pubbliche devono essere muniti di idonei manufatti, le cui dimensioni ed ubicazione devono permettere una agevole ispezionabilità al personale addetto alle operazioni di manutenzione e controllo 6) Gli scaricatori di piena da reti di tipo misto devono essere dimensionati in modo tale da assicurare che le acque scaricate presentino una diluizione compatibile con le caratteristiche e con l'uso del ricettore. I rapporti di diluizione e le modalità di scarico verranno stabiliti dagli Enti competenti alla autorizzazione allo scarico. 7) Le stazioni di sollevamento devono essere sempre munite di un numero di macchine tale da assicurare una adeguata riserva. I tempi di attacco e stacco delle macchine devono consentire la loro utilizzazione al meglio delle curve di rendimento ed al minimo di usura, tenendo conto che i periodi di permanenza delle acque nelle vasche di adescamento non determinino fenomeni di setticizzazione delle acque stesse. Le stazioni di sollevamento devono essere munite o collegate ad idonei scaricatori di emergenza, tali da entrare autonomamente in funzione in caso di interruzione di fomitura di energia. Qualora per ragioni planoaltimetriche non risulti possibile la installazione di scaricatori di emergenza, le stazioni di sollevamento devono, in aggiunta alla normale alimentazione di energia, essere munite di autonomi gruppi energetici, il cui stato di manutenzione deve essere attestato dalle annotazioni riportate su apposito registro. Autonomi gruppi energetici devono, inoltre, essere previsti in tutti quei casi in cui il ricettore - dove potrebbe sversare lo scarico di emergenza - è sottoposto a particolari vincoli. 8) La giacitura nel sottosuolo delle reti fognarie deve essere realizzata in modo tale da evitare interferenze con quella di altri sottoservizi. In particolare le canalizzazioni fognarie devono sempre essere tenute debitamente distanti ed al di sotto delle condotte di acqua potabile. Quando per ragioni planoaltimetriche ciò non fosse possibile, devono essere adottati particolari accorgimenti al fine di evitare la possibilità di interferenze reciproche. 9) Lo studio di una rete di fognatura deve sempre riferirsi per gli elementi di base (previsioni demografiche ed urbanistiche, dotazioni idriche, dati pluviometrici, tipologia portata e qualità dei liquami, etc.) a dati ufficiali o comunque resi tali da apposita dichiarazione delle competenti Autorità. 10) La scelta del tipo di materiale delle canalizzazioni deve essere effettuata sulla base delle caratteristiche idrauliche, della resistenza statica delle sezioni, nonché in relazione alla tipologia ed alla qualità dei liquami da convogliare. Le canalizzazioni devono essere sempre staticamente verificate ai carichi esterni permanenti ed accidentali, tenendo conto anche della profondità di posa e delle principali caratteristiche geotecniche dei terreni di posa e di ricoprimento. 11) L'ente gestore della fognatura deve predisporre un idoneo programma di interventi di manutenzione ordinaria e straordinaria della rete di fognatura gestita. Tale programma deve, in particolare, definire gli intervalli di I Ristagno e putrefazione con conseguenti infezioni Le reti fognanti 355

6 tempo entro i quali effettuare le normali operazioni di spurgo della rete nonché le verifiche concernenti sia le condizioni statiche dei manufatti e lo stato di usura dei rivestimenti. L'attuazione di detto programma deve risultare da specifiche annotazioni da riportarsi su apposito registro. L'ente gestore deve, inoltre, disporre di una planimetria quotata sviluppata in una scala adeguata per permettere la chiara individuazione della rete fognante gestita. La stessa planimetria deve riportare lo schema della rete di distribuzione dell'acqua potabile. La planimetria di cui sopra deve risultare costantemente aggiornata. Gerarchicamente, procedendo dagli allacci dei privati e dalle caditoie stradali fino a giungere, dopo opportuni trattamenti, al recapito finale di restituzione delle acque reflue in un recettore naturale, si distinguono: fognoli di allacciamento : di dimensione non inferiore a 200 mm, consentono la immissione in rete degli scarichi domestici, dei servizi pubblici e delle acque meteoriche raccolte dalle caditoie stradali. canali di fogna : costituiscono la rete ramificata aperta che percorre tutte le strade del centro abitato, eccettuate quelle servite dai collettori principali. collettori principali : canalizzazioni a servizio di vaste aree. collettori emissari : grandi canali che, raccolte le portate dai collettori principali, provvedono all'allontanamento delle acque attraverso gli scaricatori di piena: le portate nere, raccolte nel canale fugatore, vanno all'impianto di depurazione mentre le portate meteoriche vengono reimmesse al recettore con canali fugatori. Figura 2. Rete fognante della città di L Aquila Le reti di fognatura sono, in genere, del tipo ramificato aperto. Il funzionamento idraulico è a superficie libera, pur non mancando esempi di reti progettate anche per il funzionamento in pressione. Con specifico riferimento all'origine delle acque raccolte e trasportate, le reti di fognatura vengono classificate in: 356

7 reti di fognatura a sistema unitario Raccolgono e convogliano le acque pluviali e le acque reflue con un unico sistema di canalizzazioni. In questi sistemi i collettori sono dimensionati in funzione delle portate meteoriche conseguenti al- l evento di pioggia in progetto. Questa portata è nettamente maggiore (centinaia di volte) della portata delle acque reflue e poiché l impianto di depurazione è dimensionato con valore di poco superiore alla portata nera (portata nera diluita con rapporto di diluizione da 1- a 4), il supero dovrà essere scaricato direttamente nel mezzo recettore con opportuni manufatti detti scaricatori di piena. L ubicazione di questi dispositivi è consigliabile ogni qual volta sia possibile lo scarico diretto nel recettore (scarichi di alleggerimento) e comunque all ingresso del depuratore. In questi sistemi il lavaggio della fognatura è legato al regime pluviometrico, pertanto nei periodi di secca l esigua portata nera defluisce con velocità molto bassa con conseguente sedimentazione dei solidi e l innesco di fenomeni putrefattivi. In seguito si chiarirà meglio questo aspetto e si descriveranno le soluzioni possibili per la risoluzione del problema. reti di fognatura a sistema separato Figura 3. Schema di fognatura con sistema unitario Le acque reflue vengono raccolte e convogliate con un sistema di canalizzazioni distinto dal sistema di raccolta e convogliamento delle acque pluviali. La dimensione dei collettori delle acque pluviali è praticamente identico a quello della corrispondente rete unitaria, mentre la rete nera è caratterizzata da spechi di modeste dimensioni. Generalmente la rete pluviale scarica direttamente nel mezze recettore ; oggi, dal punto di vista ambientale, si tende a separare le portata di prima pioggia che, soprattutto dopo un lungo periodo di siccità, presenta elevati contenuti inquinanti a seguito del lavaggio delle superfici stradali. Il sistema separato garantisce una portata nera pressoché costante all impianto di depurazione però, data la limitata quantità, può creare problemi di smaltimento della parte solida, soprattutto nei tratti pianeggianti, per mancanza del lavaggio operato della portata pluviale. Figura 4. Schema di fognatura con sistema separato Le reti fognanti 357

8 Non esistono ragioni di validità di un sistema rispetto all altro. Dal punto di vista igienico-sanitario entrambi i sistemi presentano il limite di non consentire il completo conferimento del carico inquinante, raccolto dalla fognatura, all impianto di trattamento finale. Nel sistema separato, privo di separatori di prima pioggia, le acque di lavaggio delle strade sono scaricate dai collettori pluviali, senza trattamento, nei recettori. Nel sistema misto, durante eventi tenui di pioggia, che attivano gli scaricatori di piena con gradi di diluizione poco superiori alla norma, una parte del carico inquinante connesso alle portate nere è sversato direttamente nel recettore senza trattamento. Infine costatato che l inquinamento delle acque di prima pioggia è causato principalmente dal dilavamento delle superficie pavimentate (strade e piazze), nella realizzazione di nuove reti di fognatura, in entrambi i sistemi, si tende a isolare, a monte dell immissione nella rete, le acque di pioggia intercettate e raccolte dai tetti e convogliarle verso il recettore più vicino, su terreni permeabili o, attraverso pozzi perdenti, direttamente nella falda. Le esigenze della raccolta ed allontanamento delle acque nere e delle bianche sono diverse e possono portare a situazioni fra loro inconciliabili che rendono obbligata la scelta del sistema separato: Le acque nere : impongono : profondità di posa al disotto della rete idrica; pendenza sufficiente per un continuo deflusso ammettono : sollevamento meccanico caratterizzato da portate esigue e basse prevalenze. Le acque bianche : impongono : funzionamento a gravità (fatta l unica eccezione del recettore a quota maggiore della sezione terminale dell emissario) ammettono : posa superficiale (al limite pendenze naturali del reticolo idrografico) basse pendenze 3. Tipologia delle reti di fognatura Le reti di fognatura, come già detto, sono costituite da canali chiusi funzionanti a superficie libera. L'andamento plano-altimetrico delle reti, pertanto, risulta strettamente connesso alla morfometria dei luoghi ed alla natura ed ubicazione del mezzo ricettore finale; in funzione delle differenti realtà, originano due schemi elementari o di base, perpendicolare ed a ventaglio, che potendo coesistere tra loro realizzano schemi multipli: longitudinale, a terrazze e radiale. a Schema perpendicolare: i collettori principali, disposti sulle linee di massima pendenza, confluiscono nell emissario che scorre parallelamente al mezzo recettore fino all impianto di depurazione. Figura 5 358

9 con sistema misto, con scaricatori di piena al termine dei collettori principali; con sistema separato, con i collettori pluviali che sversano direttamente nel recettore ; con sistema separato e separatori di prima pioggia ubicati al termine dei collettori pluviali ed in prossimità dell e-missario. b Schema a ventaglio : i collettori principali, che raccolgono le reti dei bacini secondari, confluiscono in un unico punto dal quale inizia l emissario verso l impianto di trattamento. Se il sistema è misto in questo punto verrà posizionato lo scaricatore di piena. Figura 6 c Schema a terrazze: l orografia del territorio impone la realizzazione di sottobacini indipendenti tra di loro. Ognuno di essi è a servizio della propria zona posta a quota diversa e dotata di una propria ed autonoma configurazione Figura 7 d Schema radiale : Il centro da servire risulta suddiviso in più settori ognuno con rete di fognatura propria e con distinto recapito finale. Lo schema è tipico di città collinari con impluvi che convogliano verso bacini distinti Le reti fognanti 359

10 Figura 8 4. La geometria delle sezioni degli spechi di fognatura Gli spechi di fognatura, tutti, per ragioni igieniche, realizzati a sezione chiusa, hanno forme geometriche caratteristiche e differenziate in funzione del tipo di rete. Nel caso di reti separate: le acque bianche vengono incanalate in spechi a sezione circolare. In caso di collettori o emissari a servizio di vasti bacini e per i quali è previsto il vettoriamento di portate elevate, si ricorre all'adozione di più spechi a sezione circolare funzionanti in parallelo. Non sono infrequenti casi di adozione di sezioni rettangolari di grandi dimensioni. In queste, per contenere lo spaiamento delle acque in concomitanza di piccole portate, si ricorre all accortezza di sagomare il fondo con doppia falda convergente verso il centro; le acque reflue vengono evacuate in spechi a sezione circolare di dimensione compresa da un minimo di 250 mm ad un massimo di 800 mm (Tubi di Grès e P.V.C.). Nel caso di necessità di adozione di spechi di dimensione superiore, si ricorre all'impiego di spechi di sezione semiovoidale fino alla dimensione 70x70 cm e, successivamente, per dimensioni maggiori si adottano spechi ovoidali fino alla dimensione 160x240 cm. Figura 9. Sezioni correnti per spechi di fognatura Nel caso di reti unitarie le acque, sia reflue che di pioggia, vengono trasportate, come già detto, in unica canalizzazione realizzata, per le piccole e medie portate, con spechi a sezione circolare. Per 360

11 dimensioni maggiori a diametri commerciali, si adottano spechi ovoidali senza banchina. I grandi collettori ed i canali emissari vengono realizzati con spechi con sezioni banchinate di notevoli dimensioni (fino a 3200x3200 ed oltre) Figura 10. Sezioni storiche per grandi spechi di fognatura Il ricorso all'adozione di sezioni policentriche ovoidali sia per la rete nera di sistemi separati sia per le reti miste è dettato da necessità idrauliche. Le portate nere, di limitata entità se raffrontate alle portate bianche prodotte dalla stessa area servita (rapporti nero/bianco compresi tra 1/100 e 1/600), debbono essere vettoriate con velocità sostenuta sia per ridurre i tempi di permanenza del liquame in fognatura, sia per ostacolare fenomeni di sedimentazione delle sostanze organiche ed inorganiche presenti nei reflui. Lo scopo viene conseguito ricorrendo all'impiego di spechi a sezione circolare per piccole canalizzazioni ed a sezione ovoidale per dimensioni medie e grandi. In questi ultimi le portate delle acque reflue vengono ad interessare la zona caratterizzata da forte curvatura ed elevato valore del raggio idraulico, fattore determinatore di elevata velocità di flusso. 5. Materiali per canalizzazioni Il trasporto dell acqua è distribuito tra tubazioni realizzate in materiali con proprietà fisiche, chimiche e meccaniche proprie che, a seconda dei casi, lo rendono più o meno idoneo alle reali condizioni di utilizzazione. Conseguentemente le tubazioni realizzate con differenti materiali hanno un proprio caratteristico campo di applicazione, in funzione: delle pressioni di esercizio delle sollecitazioni dinamiche (traffico) o accidentali (sovrappressioni di moto vario) della tendenza alla corrosione della resistenza all aggressività A tutt oggi non esiste ancora in Italia una legislazione o dei regolamenti che trattano della conservazione delle reti di fognatura nei riguardi delle interazioni fisico-chimiche tra materiali ed ambiente di posa. L argomento è della massima importanza, in quanto strettamente correlato alla durata nel tempo dell efficienza delle opere. Nell analisi comparativa tra tubazioni e canalizzazioni realizzate con differenti materiali, vengono prese in esame le caratteristiche più salienti con specifico riferimento all'impiego nel trasporto di liquami. Queste sono: la resistenza alla corrosione ed all'abrasione la resistenza al flusso il comportamento meccanico e la posa in opera il tipo di giunto e pezzi speciali Il mercato risponde in maniera esaustiva offrendo un ampia gamma di prodotti che, a seconda del materiale, possono essere classificati in tubazioni : Le reti fognanti 361

12 Metalliche: acciaio, ghisa sferoidale; l acqua, sempre presente nel terreno, ne determina il comportamento elettrolitico. Le tubazioni metalliche, di acciaio e di ghisa, queste ultime in minore misura, vanno incontro a fenomeni di corrosione elettrochimica. Il fenomeno può essere ingenerato sia dalla naturale formazione di pile galvaniche dovute all'eterogeneità del contatto suolo metallo, sia dalla presenza nel suolo di correnti vaganti disperse da sistemi funzionanti a corrente continua. Lapidee: calcestruzzo armato, sia ordinario che precompresso, cemento amianto, Ecored, ceramico ; il calcestruzzo ed il cemento amianto, se ben lavorati, normalmente non destano preoccupazioni per l'interazione con l'ambiente di posa. Solo in particolari condizioni, quali quelle connesse con eccesso di anidride carbonica, presenza di sali di magnesio e di solfati, è da attendersi l'attacco chimico dei conglomerati e la consequenziale loro disgregazione. Plastiche: PVC (policloruro di vinile), PRFV (poliestere rinforzato con fibre di vetro) e PEAD (polietilene ad alta densità). I polimeri, matrice delle tubazioni di materiale plastico, per loro natura sono resistenti agli attacchi chimici da parte dei suoli, mentre la presenza di sostanze addittivate può modificare tale comportamento.il decadimento delle caratteristiche meccaniche delle tubazioni di materiale plastico è dovuto all'assorbimento di acqua e dei suoi soluti, specie i cloruri. materiali cotti o ceramici : essenzialmente tubazioni realizzate in grès ceramico; sono caratterizzati da spiccata resistenza all azione chimica dell ambiente. Ottima è la resistenza anche nei riguardi delle sostanze considerate critiche per i materiali legati. Per ciascun tipo di tubo verranno illustrati sinteticamente i processi di realizzazione ed i principali campi d utilizzazione Tubi di ghisa La ghisa è un materiale ferroso con elevato contenuto di carbonio. Nella fase di raffreddamento dallo stato fuso si ha la separazione di grafite sotto forma lamellare distribuita nella massa metallica. La presenza di grafite consente la lavorabilità della ghisa, ma la rende, nel contempo, fragile e poco resistente. Nel 1950 ricercatori americani, aggiungendo alla ghisa fusa, alla temperatura di circa 1350 C, piccole quantità di magnesio, ottennero la ghisa sferoidale, caratterizzata dalla presenza di grafite libera in forma di noduli. Le caratteristiche meccaniche del nuovo materiale risultano confrontabili con quelle dell'acciaio per tubazioni, con perdita della fragilità e resistenza a trazione pari a kg/mm 2. Ghisa grigia: la grafite si presenta sotto forma di lamelle che si comportano come micro-cricche interne. Ai bordi delle lamelle agiscono punti di tensione in seguito alla concentrazione di linee di forza, causando rotture di tipo fragile senza deformazione plastica. Figura 11. Micrografia di una ghisa grigia Ghisa sferoidale o duttile: assenza di concentrazione di linee di forza poiché la grafite si presenta sotto forma di miscro-sfere. Pertanto si avrà deformazione plastica senza rotture di tipo fragile. Figura 12. Micrografia di una ghisa grigia A ed una ghisa sferoidale B 362

13 I tubi di ghisa venivano realizzati con ghisa grigia di seconda fusione, colata entro forme verticali realizzate con terra di fonderia secondo la più antica tradizione adottata per costruire i cannoni. Le prime utilizzazioni di questi tubi risalgano al 1445 per la realizzazione di un acquedotto per il castello di Dillimgurb (Germania), rimasto in esercizio fino al 1760, anno di distruzione del castello. Nel 1639 : condotte Medicee in Firenze ancora in esercizio per alcuni tronchi ; nel 1644 realizzazione delle condotte di Versailles, in parte ancora in esercizio. La ghisa sferoidale è ottenuta per fusione, al cubilotto (1), di ghisa in pani, rottami di ghisa, acciaio e ferro leghe. Dal cubilotto la ghisa passa ad un forno elettrico (2), il quale assicura uniformità di composizione e di temperatura. Il successivo trattamento di sferoidizzazione (3) si raggiunge aggiungendo piccole quantità di magnesio ( 0,06%). Figura 13 I tubi di ghisa sferoidale vengono prodotti per centrifugazione entro conchiglia metallica (metodo De Lavaud-Arens ) o entro cassaforma rivestita con terra da fonderia (metodo Moore). a Metodo De Lavaud Arens La ghisa liquida viene versata, con apposito canale ed in quantità, in peso, occorrente per realizzare il tubo dello spessore assegnato (funzione della pressione di esercizio alla quale viene assegnato) nella conchiglia, raffreddata ad acqua, posta in veloce rotazione e traslazione, per tutta la sua lunghezza. Il metallo liquido, tenuto a contatto con la superficie interna della conchiglia dalla forza centrifuga, solidifica e forma il tubo, mentre la estremità opposta della conchiglia è chiusa da un anima riproducente la sagoma interna del bicchiere. Figura 14 Al termine della centrifugazione il tubo estratto viene avviato al forno di ricottura, nel quale subisce un trattamento termico per trasformare la struttura della matrice perlitica, causata dal rapido raffreddamento della conchiglia, in una struttura ferritica. (Figura 15). I tubi sono mantenuti nel forno a riverbero per circa 25 minuti alla temperatura di circa 900 C; infine, raffreddati lentamente, vengono estratti dal forno alla temperatura di circa 300 C. Le reti fognanti 363

14 Figura 15 b Metodo Moore Questo processo di fabbricazione, adottando conchiglie rivestite con terra di fonderia (materiale refrattario) con conseguente lento raffreddamento del tubo, evita il trattamento di ricottura. A fronte di un risparmio energetico, risulta più laboriosa la fase di preparazione delle conchiglie, che devono essere rivestite prima di ogni colata, con conseguente rallentamento della catena di produzione. Rivestimenti protettivi e tinteggiature Terminato il processo di fabbricazione, i tubi sono avviati alla zincatura e collaudati idraulicamente. Figura 16. Zincatura Figura 17. Collaudo Idraulico A questo punto viene applicato, internamente e per centrifugazione, un rivestimento realizzato con malta di cemento alluminoso che conferisce al tubo un miglior coefficiente di scabrezza. Al termine della stagionatura del rivestimento interno, le tubazioni vengono verniciate esternamente con vernici epossidiche applicate a spruzzo. 364

15 Figura 18. A seconda del rivestimento esterno la commercializzazione li distingue in Integral (per fognature) - con rivestimento esterno in zinco metallico ricoperto da una vernice epossidica di colore rosso per dare la possibilità di identificazione delle reti idriche una volta posate; Figura 19 Natural (per acquedotti) con rivestimento esterno multistrato zinco + alluminio, dove l alluminio ha la funzione di prolungare, nel tempo, l azione protettiva dello zinco e quindi la durata del tubo. Un ulteriore protezione è data da un rivestimento aggiuntivo di finitura con vernice epossidica di azzurro che sostituisce la tradizionale vernice bituminosa. Figura 20 Alpinal : (per innevamento artificiale) rappresentano un sistema di tubi e raccordi antisfilamento, resistenti fino ad una pressione interna di 100 bar Figura 21 Le reti fognanti 365

16 I tubi di ghisa sferoidale sono prodotti in barre lunghe 6 m con diametri variabili da 40 mm a 900 mm. Eccezionalmente, per realizzazioni esclusive, sono stati realizzati di diametro fino a 2000 mm. Giunzioni e montaggio tubazioni Figura 22 La giunzione dei tubi di ghisa avviene essenzialmente introducendo l estremità liscia del tubo nel corrispondente bicchiere. Anticamente l intercapedine anulare risultante veniva riempita di piombo fuso ribattuto a freddo, realizzando un giunto di tipo plastico soggetto, anche per piccoli cedimenti, a perdite. Con l avvento della ghisa sferoidale, caratterizzata da elevate capacità elastiche, sono state ricercate tipologie di giunti che assicurassero anche una perfetta tenuta idraulica del giunto. Questo si è reso possibile anche per la creazione di mescole di gomma naturale e sintetica particolarmente pure, chimicamente stabili, esenti da forme di invecchiamento e rilassamento, sicure dal punto di vista igienico e conformate in modo da assicurare, con la sola compressione, la tenuta idraulica. Questi giunti sono essenzialmente di due tipi : Automatico o Rapido (push on joint) - Figura 23: la giunzione è ottenuta per compressione di una guarnizione in elastomero EPDM (etilene-propilene), inserita nell apposito alloggiamento all interno del bicchiere, sulla canna del tubo imboccato. La particolare forma tronco-conica ed il profilo divergente, a coda di rondine, assicurano la compressione necessaria alla tenuta, trasmettendo la pressione dell acqua alla superficie cilindrica di contatto con la tubazione, generando forze antisfilamento proporzionali alla pressione interna. Figura 23. Giunto Rapido La Figura 23 illustra le fasi di montaggio dei tubi di ghisa con Giunto Rapido. Pulizia accurata dell interno del bicchiere, sede della guarnizione, e dell estremità liscia del tubo da imboccare; tracciamento della linea di fede di lunghezza inferiore di 10 mm rispetto alla profondità del bicchiere; questo giuoco, all interno del bicchiere, ha lo scopo di assicurare la discontinuità elettrica 366

17 e meccanica della condotta; introduzione della guarnizione con la coda di rondine rivolta verso il fondo del bicchiere; verificata la coassialità delle tubazioni, avviene la messa in tiro fino a quando la linea di fede raggiunge il lembo del bicchiere. Figura 24. Procedure per il montaggio di tubazioni di ghisa con il giunto rapido Meccanico o Express (mechanical joint) - Figura 25. Questi tipi di giunto conferiscono una notevole elasticità alla condotta, consentendo deviazioni angolari tra tubi contigui senza alcuna riduzione della tenuta idraulica, anche per eventuali depressioni in condotta (ad esempio in fase di vuotatura dell acquedotto). Figura 25. Giunto Express La Figura 26 illustra le fasi di montaggio dei tubi di ghisa con Giunto Express. Pulizia accurata dell interno del bicchiere, sede della guarnizione, e dell estremità liscia del tubo da imboccare; Inserimento della controflangia sull estremità liscia del tubo, con la concavità rivolta verso il bicchiere e successiva introduzione della guarnizione; tracciamento della linea di fede di lunghezza inferiore di 10 mm rispetto alla profondità del bicchiere; questo giuoco, all interno del bicchiere, ha lo scopo di assicurare la discontinuità elettrica e meccanica della condotta; introdurre l estremità liscia del tubo fino a far coincidere la linea di fede con il piano frontale del bicchiere; far scorrere la controflangia fino a farla aderire alla guarnizione e serrare, progressivamente, con chiave dinamometrica i dadi con passate successive e seguendo lo schema di serraggio Le reti fognanti 367

18 Figura 26. Procedure per il montaggio di tubazioni di ghisa con Giunto Express Nelle tubazioni unite con giunti a bicchiere la pressione interna P agisce perpendicolarmente a qualsiasi piano, generando una forza f=p* ( area della sezione). Tutte le componenti radiali sono contenute dallo spessore della parete del tubo; le componenti assiali agiscono su di un piano perpendicolare all asse del tubo. Nel caso di un cambio di direzione le forze P* si compongono in una forza risultante F (Figura 27). Generalmente queste forze risultanti sono bilanciate da blocchi di ancoraggio opportunamente dimensionati, o solidarizzando le tubazioni in tratte sufficientemente lunghe per equilibrare queste forze con l attrito che si genera tra condotta e terreno. Figura 27 Nelle tubazioni di acciaio la solidarizzazione delle tubazioni è conseguente alla giunzione per saldatura, mentre nella tubazioni di ghisa possono essere utilizzati giunti antisfilamento<. Rapido Vi : nella guarnizione, simile per forma e nelle modalità di messa in opera al giunto rapido gia descritto, sono annegati inserti metallici, che aderendo all estremità liscia del tubo, si ancorano per attrito quando la condotta viene messa in pressione. Figura

19 Universal Tyton Novo Sit ed Universal Tyton Tis K Nel primo tipo viene posizionato un anello di fissaggio all interno del bicchiere, nella camera antifilamento di forma concava; la guarnizione, di superficie convessa a sezione trapezoidale, è realizzata con inserti metallici e la tenuta del giunto è garantita, inoltre, dall appoggio dell anello su un cordone di saldatura effettuato sull estremità liscia del tubo. Figura 29 Nel tipo Tis-K l anello di fissaggio ha un taglio, che nella fase di montaggio dovrà essere posizionato in alto, al cui interno viene inserito un cuneo il quale viene ruotato di 90 verso il fronte del bicchiere. Successivamente viene agganciato alla parte superiore del bicchiere. Figura 30 Ai tubi per condotta si unisce una vasta gamma di pezzi speciali, realizzati per colata entro forme fisse della ghisa fusa, con le estremità generalmente a bicchiere o a flangia, all interno dei manufatti, o quando è necessario introdurre riduzioni, giunti di dilatazione (a) smontaggio (b) e valvolismi (c) (Figura 31) Figura 31 La resistenza all'abrasione e le caratteristiche idrauliche sono condizionate dalla resistenza del rivestimento interno realizzato con malta cementizia. Il giunto a bicchiere ha una buona tenuta garantita da guarnizione di gomma. La posa in opera è condizionata dal peso elevato delle tubazioni. Il tubo, rigido, non richiede particolari prescrizioni per il letto di posa e per il rinfianco. Le reti fognanti 369

20 5.2. Tubazioni di gres Argilla, acqua e fuoco sono i componenti principali dei tubi di gres ceramico prodotti in barre lunghe 2,0 m. I diametri variano da 200 mm a 800 mm. Il giunto è a bicchiere con tenuta idraulica garantita da guarnizione prefabbricata e solidale al tubo realizzata con resina poliuretanica. Il ciclo di produzione è riprodotto nel seguente schema Le argille, prelevate nelle cave, dosate in quantità proporzionali e sottoposte ad un controllo di qualità (1), vengono introdotte nei mescolatori ad elica per essere frantumate e raffinate per ottenere un impasto omogeneo (2) al quale si aggiunge la chamotte (3), scarti di lavorazione o quelli derivati dalla presenza di tubi difettosi o dalla rottura degli stessi, che viene reintrodotta nel ciclo produttivo. L'impasto, opportunamente umidificato (4), passa all insilatore, per la plastificazione, ad ai reparti di estrusione (5) dove i tubi ed i vari manufatti in gres vengono formati. I tubi vengono posti in carrelli metallici ed introdotti in capaci essiccatori a tunnel (6). Figura 32. Estrusione Dopo essiccati, vengono immersi in un bagno di engobbio (7) e sottoposti a successivo trattamento termico di cottura e vetrificazione dove, superato un tunnel di preriscaldamento, sono immessi nel forno per circa 70 ore alla temperatura di circa 1100 (8). 370

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