Evoluzione tecnologica delle condotte a servizio dei sistemi idraulici

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1 Università degli Studi di Napoli FEDERICO II Dipartimento di Ingegneria Idraulica ed Ambientale Girolamo Ippolito Evoluzione tecnologica delle condotte a servizio dei sistemi idraulici prof. ing. Domenico Pianese Napoli, 9 Novembre 2006

2 Agli albori dell umanità 2

3 Evoluzione storica 3

4 Gli albori Le prime tubazioni utilizzate erano in terracotta Tipologia di tubazione utilizzata nei primi sistemi acquedottistici 3500 a.c. civiltà sumera 2000 a.c. civiltà micenea 1700 a.c. civiltà ittita 703 a.c. Civiltà assira 200 a.c. Pergamo (nel quale si presume l utilizzo anche di tubazioni in bronzo) L utilizzo di tubazioni metalliche si sviluppò con i Romani 4

5 Acquedotti nell antica Persia Adduzioni a pelo libero con l ausilio di gallerie Uno dei primi esempi di canalizzazione è in Persia (qanats) I qanats erano dei veri e propri tunnels che avevano origine al piede delle colline e portavano acqua fino alle città: Erano realizzati a mano e, di conseguenza, necessitavano della presenza, ogni m, di pozzi vericali per la ventilazione e per la rimozione del materiale scavato. Il terreno scavato era posizionato intorno all imboccatura dei pozzi per proteggerli da contaminazini e dalle acque di ruscellamento superficiale. Erano poi utilizzati anche anelli di rinforzo in terracotta (VII Sec. A.C.) 5

6 Acquedotti nell antica Persia Qanats 6

7 Acquedotti nell antica Grecia Adduzioni a pelo libero con l ausilio di gallerie Uno dei primi esempi di impiego di gallerie a pelo libero per l adduzione di acqua è qualla presente nell acquedotto di Eupalino, nell isola di Samo (VI Sec. A.C.) Il tunnel presenta una lunghezza di 1036 m, e costituisce una pietra miliare nella realizzazione di tunnel con attacco simultaneo su due fronti di scavo Isola di Samo (Grecia) 7

8 Acquedotti romani Acquedotti in sotterraneo Acquedotto Eifel (Germania, 80 a.c.) L = 95 Km; B = 0.70 m; h = 1 m N.B. Costruito quasi completamente in sotterraneo, a 1 m di profondità, per proteggerlo dai danneggiamenti e dalle gelate 8

9 Acquedotti romani tubazioni lapidee Gli acquedotti romani convogliavano l acqua con canali a pelo libero, sia sotterranei, che a livello del piano di campagna, sia su ponti Pont du Gard (Francia) I canali erano costruiti con mattoni, questa era la principale tecnica costruttiva per gli acquedotti esterni Cirene (Libia) 9

10 Acquedotti romani e tubazioni metalliche le tubazioni usate nelle reti di distribuzione interne erano generalmente metalliche. Il materiale più frequentemente utilizzato nella costruzione delle tubazioni era il piombo, mentre quello impiegato nella realizzazione delle saracinesche era generalmente il bronzo 10

11 Evoluzione tecnologica degli Acquedotti Tardo Impero Romano Acquedotto di Valerio (Istanbul, Turchia, 368 D.C. 11

12 Evoluzione tecnologica degli Acquedotti Medio Evo/Rinascimento Acquedotto di Coutances (Manche, Bassa Normandia, Francia, 1277 d.c.) Acquedotto di Kavala (Grecia, 1530 d.c.) 12

13 Evoluzione tecnologica degli Acquedotti Acquedotto di Almoreira (Elvas, Portalegre, Portogallo, 1622 d.c.) Acquedotto das Aguas Livres (Lisbona, Portogallo, 1748 d.c.) Acquedotto di Lucca (Toscana, Italia, 1823 d.c.) 13

14 ..Centro America Acquedotto di Queretaro (Messico, 1738) L=1300 m 14

15 Evoluzione tecnologica degli Acquedotti Acquedotto di Crick (Galles, 1804) Progettista: Thomas Telford 15

16 Acquedotto lucchese Acquedotto monumentale costruito su progetti di Lorenzo Nottolini dal 1823 al

17 Evoluzione tecnologica degli Acquedotti Acquedotto di Croton (from Croton Dam to Manhattan, (New YorK, USA, 1842 d.c.) 17

18 Evoluzione tecnologica degli Acquedotti Ricomparsa della ghisa per rivestimento di canali a pelo libero. Acquedotto di Longdon Upon Tern (Shropshire, Inghilterra, UK, 1796 d.c.) Progettista: Thomas Telford 18

19 Evoluzione tecnologica degli Acquedotti Ricomparsa della ghisa per rivestimento di canali a pelo libero... Ponte_Canale di Pontcysyllte (Galles, 1805) 19 L=307 m; B=3.36 m

20 Acquedotto lucchese Acquedotto monumentale costruito su progetti di Lorenzo Nottolini dal 1823 al

21 Acquedotto del Serino Nel XIX secolo si misero a punto nuovi processi di lavorazione dei metalli e di costruzione delle condotte, che influirono sulla modalità costruttive degli acquedotti. In questo scenario l acquedotto del Serino (1885) costituisce un esempio di unione tra la metodologia di realizzazione degli acquedotti romani e dell utilizzo delle nuove tubazioni in ghisa 21

22 Acquedotto del Serino 22

23 Acquedotto del Serino Parte dei tracciati sono stati realizzati con canali a pelo libero e parte con condotte in pressione in ghisa e poi in acciaio 23

24 I primi Acquedotti interamente in pressione Uso di grandi condotte in acciaio. Primo Acquedotto di Los Angeles (California, USA, 1913) L=226 miglia; D=3.66 m 24

25 E non solo acquedotti.. Sistemi fognari Cloaca Maxima (Roma, 600 A.C.) 25

26 Quali condotte??? CONDOTTE A SERVIZIO DEI SISTEMI IDRAULICI A PELO LIBERO IN PRESSIONE PRIMI PROBLEMI DI CUI IL PROGETTISTA DEVE TENERE CONTO PRESSIONI DI ESERCIZIO E DI COLPO DI ARIETE CARATTERISTICHE DELL ACQUA CARATTERISTICHE DEI TERRENI 26

27 Criteri di scelta tra le tipologie. STRUTTURA (MATERIALE) DIAMETRO INTERNO LUNGHEZZA DELLE SINGOLE CANNE SPESSORE TIPO DI GIUNZIONE 27

28 Tubazioni in legno Codice di Madrid I, Leonardo da Vinci Tubazione in legno utilizzata agli inizi del 900 per trasportare l acqua dalla sorgente Martello alla località Salto in Provincia di Bolzano tubazioni in legno scavato, usate nel medioevo. 28

29 Tipi di tubazioni disponibili 29

30 TUBAZIONI METALLICHE GHISA GRIGIA SFEROIDALE ACCIAIO RAME PIOMBO 30

31 TUBAZIONI IN GHISA GHISA: soluzione di ferro e carbonio PREGI: presentano una soddisfacente resistenza all azione corrosiva dei liquidi trasportati e dell ambiente esterno. PROCESSI DI PRODUZIONE per colata: la ghisa di seconda fusione (cioè derivata da una mescolanza di ghisa d altoforno e rottami di ghisa) viene colata entro forme poste verticalmente in modo che la struttura ne risulta omogenea, senza scorie e soffiature. per centrifugazione: (procedimento Arens-Ilva): la ghisa viene colata entro forme poste orizzontalmente e fatte poi ruotare intorno al proprio asse (orizzontale) a forte velocità (tubi centrifugati) per essere, infine, ricotti. 31

32 TUBAZIONI IN GHISA GRIGIA SFEROIDALE 32

33 TUBAZIONI In GHISA Processo produttivo 33

34 TUBAZIONI In GHISA Processo produttivo 34

35 TUBAZIONI In GHISA Rivestimenti esterni 35

36 TUBAZIONI METALLICHE GHISA: Tipi di giunzione 36

37 TUBAZIONI METALLICHE GHISA: Tipi di giunzione 37

38 TUBAZIONI METALLICHE GHISA: Giudizio Sintetico 38

39 TUBAZIONI METALLICHE ACCIAIO 39

40 TUBAZIONI METALLICHE ACCIAIO Trovano largo impiego da tempi remoti, ma si sono enormemente diffuse solo dopo l adozione di adeguati rivestimenti protettivi sia rispetto alla azione corrosiva dei liquidi trasportati che dell ambiente esterno PREGI RISPETTO ALLE TUBAZIONI IN GHISA: minor costo; minor peso (con abbattimento dei costi sia per il trasporto che per la messa in opera); lunghezza maggiore delle barre (da 8 a 13,5m); pressioni di esercizio più elevate. DIFETTI RISPETTO ALLE TUBAZIONI IN GHISA: minori garanzie (nonostante i rivestimenti produttivi) all azione corrosiva dell acqua e dei terreni particolarmente aggressivi. 40

41 TUBAZIONI METALLICHE ACCIAIO PROCESSI DI PRODUZIONE Con saldatura: - procedimento Thermatool: saldatura elettrica di lamiere di acciaio - procedimento Fritz-Moon: saldatura al gas d acqua - saldatura per accostamento ottenuta per pressione meccanica sui bordi di un nastro scaldato in un forno I tubi quindi subiscono un trattamento termico di calibrazione esterna e l asportazione del cordone di saldatura Senza saldatura: - procedimento Mannesman (il più antico e diffuso): il tubo nasce da un lingotto di acciaio tutto di un pezzo e 41 senza saldature ( D max =1000 mm)

42 TUBAZIONI METALLICHE ACCIAIO: Tipi di giunzione A) Giunzioni saldate 42

43 TUBAZIONI METALLICHE ACCIAIO: Tipi di giunzione B) Giunzioni flangiate 43

44 TUBAZIONI METALLICHE ACCIAIO: Tipi di giunzione C) Giunzioni a bicchiere 44

45 TUBAZIONI METALLICHE ACCIAIO: Tipi di giunzione D) Giunti speciali (Victaulic, Gibault, etc.) 45

46 TUBAZIONI METALLICHE ACCIAIO: Giudizio Sintetico 46

47 TUBAZIONI METALLICHE RAME Trovano largo impiego negli impianti di carico nelle abitazioni PREGI : buona malleabilità e, quindi, massima facilità di posa in opera ; lunga durata nel tempo; buon rapporto qualità/prezzo ; ottima resistenza meccanica; facilmente riciclabile; elevato valore di recupero. DIFETTI : alterazione delle caratteristiche organolettiche e di qualità dell acqua potabile a causa del rilascio di ioni di rame. 47

48 TUBAZIONI LAPIDEE TIPOLOGIE COSTRUTTIVE IN CALCESTRUZZO SEMPLICE (non armato) IN CEMENTO-AMIANTO IN CPC (Composito Polimeri e Cemento) IN CALCESTRUZZO ARMATO (Ordinario o Precompresso) IN GRES 48

49 TUBAZIONI LAPIDEE CONDOTTE IN MURATURA 49

50 TUBAZIONI LAPIDEE CARATTERISTICHE PREGI: economicità e maggiore resistenza del calcestruzzo all aggressività delle acque trasportate e dei terreni di posa, rispetto ai materilai metallici DIFETTI: grossi spessori per basse pressioni di esercizio 50

51 TUBAZIONI LAPIDEE TUBI IN CLS Sono condotte di calcestruzzo di cemento senza armatura ; sono usate, per lo più, nelle fognature e nei drenaggi; Presentano bassa resistenza a trazione e sono molto fragili. 51

52 TUBAZIONI LAPIDEE TUBI IN C.A. Sono tubazioni in calcestruzzo con l aggiunta di armatura metallica per conferire maggiore resistenza a trazione Tubazioni in cemento armato ordinario tubazioni gettate in opera Tubazioni prefabbricate Tubazioni in cemento armato precompresso Tubazioni prefabbricate 52

53 TUBAZIONI IN C.A. ORDINARIO tubazioni gettate in opera Tubazioni prefabbricate Tubazioni prefabbricate 53

54 TUBAZIONI IN C.A. ORDINARIO TUBO BONNA 54

55 TUBAZIONI LAPIDEE TUBI IN CALCESTRUZZO ARMATO ORDINARIO TECNICA DI PRODUZIONE Vibrazione del getto contenuto nelle due forme, l una interna e l altra esterna per centrifugazione del getto mediante la rotazione di una sola forma esterna TECNICA VACUUM: tecnica di aspirazione, mediante la quale si riduce il contenuto dell acqua, rendendo la parete interna liscia ed impermeabile 55

56 TUBAZIONI LAPIDEE TUBI IN CALCESTRUZZO ARMATO PRECOMPRESSO TECNICA DI PRODUZIONE viene tesa l armatura metallica elicoidale e quella longitudinale prima di effettuare il getto del calcestruzzo si mettono in tensione i ferri longitudianli e quelli elicoidali durante la fase di presa del calcestruzzo Lo scopo della precompressione del calcestruzzo è quello di evitare che durante l esercizio il materiale durante l esercizio sia soggetto a sforzi di trazione, che costringono aprodurre tubi di spessore molto elevato, a sfruttare poco le caratteristic he meccaniche del ferro d armatura e a contenere la pressione nominale entro limiti piuttosto bassi 56

57 TUBAZIONI LAPIDEE TUBI IN CALCESTRUZZO ARMATO PRECOMPRESSO TECNICA DI PRODUZIONE 57

58 TUBAZIONI LAPIDEE TUBI IN CAO E CAP: Tipi di giunzione 58

59 TUBAZIONI LAPIDEE TUBI IN CAO E CAP: Giudizio Sintetico 59

60 TUBAZIONI LAPIDEE CEMENTO ARMATO PREGI : economicità per grandi diametri e basse pressioni d esercizio ; elevata resistenza all aggressività delle acque trasportate e dei terreni di posa; elevata durata nel tempo ; possibilità di poter effettuare riparazioni in opera senza dover sostituire i tubi. DIFETTI : maggior peso rispetto alle tubazioni metalliche che comporta costi più elevati per il trasporto e la posa in opera; soggetti al verificarsi di lesioni. 60

61 TUBAZIONI LAPIDEE TUBI IN CEMENTO-AMIANTO Non contengono le armature di ferro ma sono costruiti con un impasto di malta di cemento e fibre di amianto L AMIANTO, che dal punto di vista chimico è un silicato idrato di magnesio, è un minerale fibroso, noto fin da tempi assai remoti per la resistenza ad elevate temperature e per l inalterabilità del tempo L amianto è stato riconosciuto nocivo alla salute umana e la legge n. 257 del 27/03/1992 prevede il divieto dell estrazione, dell importazione, dell esportazione della commercializzazione e 61 della produzione di amianto

62 TUBAZIONI LAPIDEE TUBI CPC (Compositi in Polimeri e Cemento) Caratteristiche: Non contengono le fibre di amianto, cancerogene, ma fibre sintetiche di materie plastiche e cellulosa Modalità di produzione 62

63 TUBAZIONI LAPIDEE TUBI CPC (Compositi in Polimeri e Cemento) PREGI resistenza all aggressività ; inattaccabilità da parte delle correnti vaganti; basso coefficiente di scabrezza ; leggerezza; costi contenuti; bassa conducibilità; Assoluta impermeabilità. DIFETTI diametri piccoli; grande fragilità. 63

64 TUBAZIONI LAPIDEE TUBI IN CPC: Tipi di giunzione 64

65 TUBAZIONI LAPIDEE TUBI IN CPC: Giudizio Sintetico 65

66 TUBAZIONI LAPIDEE TUBAZIONI IN GRES PREGI : molto resistente all attacco chimico dei liquami di fogna ; superficie vitrea molto levigata facilita il cammino dei depositi e limita le incrostazioni; DIFETTI : maggior peso rispetto alle tubazioni metalliche che comporta costi più elevati per il trasporto e la posa in opera; lunghezza ridotta delle canne; elevata fragilità; costo elevato. 66

67 TUBAZIONI LAPIDEE TUBI IN GRES: Tipi di giunzione 67

68 TUBAZIONI LAPIDEE TUBI IN GRES: Giudizio Sintetico 68

69 TUBAZIONI SINTETICHE TIPOLOGIE TERMOPLASTICHE PVC PEbd PEad TERMOINDURENTI PRFV 69

70 TUBAZIONI DI MATERIALE SINTETICO TERMOPLASTICHE Formate col calore ma non modificate nella struttura e, quindi, tali da poter essere rimodellate utilizzando il calore. TERMOINDURENTI Prendono forma con il calore, che modifica in modo irreversibile la loro struttura chimica e quindi non possono essere più rammollite 70

71 TUBAZIONI DI MATERIALE SINTETICO PREGI: notevole resistenza alla corrosione chimica, scabrezza ridotta, ridotto valore delle celerità di propagazione delle perturbazioni di moto vario elastico, la leggerezza, la flessibilità, l inerzia all azione dei terreni corrosivi DIFETTI: caratteristiche meccaniche inferiori alle tubazioni metalliche, costo elevato 71

72 TUBAZIONI DI MATERIALE SINTETICO PVC 72

73 TUBAZIONI DI MATERIALE SINTETICO PEAD 73

74 TUBAZIONI DI MATERIALE SINTETICO PRFV 74

75 CONCLUSIONI 1. I tipi di tubazioni presenti sul mercato appaiono così numerosi e dal comportamento e costo così differenziato che, di fatto, non appare quasi mai possibile concludere, generalmente parlando, a favore dell impiego dell una o dell altra tipologia; 2. La varietà delle situazioni che si presentano nella pratica progettuale è tale che, concretamente, solo alcune delle tubazioni esistenti sembrano rispondere meglio ai requisiti d volta in volta richiesti: per esse, la scelta andrà fatta in base alle molteplici esigenze di economicità, flessibilità e affidabilità delle opere da rtealizzare 75