e-mail: c.masullo@hydroarchsrl - · pdf file3 normativenormative progettazione: uni en 1295-1...
TRANSCRIPT
1
TUBI DI POLIETILENE E POLIPROPILENE
ASSOCIAZIONE IDROTECNICA ITALIANACorso di
GESTIONE DEI SERVIZI IDRICI
Università degli Studi ROMA TRE
dott. ing. Catello MASULLOe-mail: [email protected]
Si ringrazia System Group
2
TUBI DI POLIPROPILENE
CON PROFILO DI PARETE STRUTTURATO
PER CONDOTTE DI SCARICO INTERRATENON IN PRESSIONE
StrutturatiTUBAZIONI STRUTTURATE IN PP TUBAZIONI STRUTTURATE IN PP
3
NORMATIVENORMATIVE
PROGETTAZIONE: UNI EN 1295-1 + prEN 1295-3Progetto strutturale di tubazioni interrate sottoposte a differenti condizioni di carico.
POSA: UNI ENV 1046Tubature 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 1610:1999Costruzione e collaudo di connessioni di scarico e collettori di fognatura.
+ norme per risanamenti, manutenzione ecc.
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.
4
Condotte flessibili
CONDOTTE TIPO FLESSIBILE (PVC - PE)CONDOTTE TIPO FLESSIBILE (PVC - PE)
Requisiti minimi prestazionali: sono i medesimi per tubi strutturati (PE – PP – PVC) che per i tubi compatti tradizionali di PVC
elevatissimalimitataCapacità di far sistema
DIN EN 295-3DIN EN 295-3Resistenza abrasione
gamma elevatagamma elevataRaccorderia e pezzi speciali
EN 744EN 744Resistenza agli urti
UNI EN ISO 9967UNI EN ISO 9967Durabilità (creep)
EN 1277EN 1277Tenuta idraulica
UNI EN 1446UNI EN 1446Flessibilità anulare
UNI EN ISO 9969UNI EN ISO 9969Rigidità anulare (SN)PE corr. UNI 10968PVC UNI EN 1401
CARATTERISTICHE RICHIESTE
5
Condotte flessibili
PE a.d. PVC
ridotto valore di modulo elastico
maggiore spessore
maggiore peso
maggiore costo
saldatura di testa
migliore resistenza agli urti
maggiore valore di modulo elastico
minore spessore
minore peso
minore costo
bicchiere
minore resistenza agli urti
INIZIALE PREFERENZA PER PVCINIZIALE PREFERENZA PER PVC
6
Evoluzione
OBIETTIVI SVILUPPOOBIETTIVI SVILUPPO
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 COMPATTOTIPO STRUTTURATO
SpiralatoTIPO STRUTTURATO
Corrugato
7
EVOLUZIONE TUBI PARETE STRUTTURATAEVOLUZIONE TUBI PARETE STRUTTURATAConfronto 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
9
LA POSA SECONDO UNI ENV 1046LA POSA SECONDO UNI ENV 1046
Tipiche variazioni nella deflessione lungo una tubazione per due livelli di qualità d’installazione
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.
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)
10
LA POSA SECONDO UNI ENV 1046LA 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 èinferiore se i tubi sono di rigidità anulare maggiore (5)
11
RICHIESTE DEL MERCATORICHIESTE 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
=
12
13476 class. rig. an.
UNI 10968
DN ≤ 500 mm: 4 – 8 – 16
DN > 500 mm: 2 – 4 – 8 – 16
CLASSIFICAZIONE RIGIDITA’ ANULARECLASSIFICAZIONE RIGIDITA’ ANULARE
Il valore della rigidità anulare “ SN “
è determinato da test
eseguito in conformità a UNI EN ISO 9969
13
13476 class. rig. an.
E = modulo elastico del materiale [MPa]Dm = diametro medio del tubo [m]I = momento d'inerzia (I = s3/12) [mm4/mm]
L’espressione rappresentativa della rigidità è
CLASSIFICAZIONE RIGIDITA’ ANULARECLASSIFICAZIONE RIGIDITA’ ANULARE
3m
R DIES •
=
14
I MATERIALII MATERIALI
VALORI TIPICI DI MODULO ELASTICOVALORI TIPICI DI MODULO ELASTICO
PE E = ≥ 800 [MPa]PE E = ≥ 800 [MPa]
PP E = 1700 - 1900 [MPa]PP E = 1700 - 1900 [MPa]
PVC E = ≥ 3000 [MPa]PVC E = ≥ 3000 [MPa]
15
POLIPROPILENEPOLIPROPILENE
PRINCIPALI DIFFERENZE COL PE
EN 744(nessuna rottura a 0°C)
EN 744(nessuna rottura a 0°C)
Resist. all’urto
0,930 g/cm30,950 g/cm3Densità
≥ eccellenteeccellenteResistenza all’abrasione
elevatabuonaResistenza shock termici
1700 – 1900≥ 800E (modulo elastico)
PPPEcaratteristica
Scabrezza tubazione PP: la medesima del PE
16
TUBO CORRUGATO
IN POLIPROPILENE (PP)
ad elevato modulo elastico
con maggiore rigiditàanulare (SN16)
RISPOSTA ALLE ESIGENZE DEL MERCATORISPOSTA ALLE ESIGENZE DEL MERCATO
17
HYDRO 16 : I COSTIHYDRO 16 : I COSTI
settembre 2006 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
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%diff.
DN (d.e.) 200 250 315 400 500 630 800 1000 1200
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
0,56 0,83 1,31 1,91 3,32 5,72 11,13 16,08 23,64
11,97% 12,01% 12,00% 12,01% 12,00% 15,00% 15,00% 15,00% 15,00%diff.
Prezzi di listino (€/m)
Prezzi scontati (€/m)
18
PREZZI SCONTATIPREZZI SCONTATIPrezzi scontati
agosto 2006 → sconto 52%
prezzi espressi in €/m
173,938151,248141,792199,3921200*118,296102,86493,360168,672100081,91771,23260,384133,67095,87580042,10636,61434,94970,07054,30263029,70726,52520,93343,99734,35850017,10715,27412,71524,86419,63240011,73610,4788,56315,40812,1443157,3876,5955,9579,6967,776250
PP SN 16PE SN 8PE SN 4SN 8SN 4CORRUGATI UNI 10968PVC UNI EN 1401
De mm
19
HYDRO 16HYDRO 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)
23
Tubo PE : tecniche moderne di installazione
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 ...
Varie tecniche trenchless
24
Tubo PE : tecniche moderne di installazione
Narrow trenching(trincea stretta)
Directional drilling(perforazione guidata)
Courtesy : TractoTechnik
25
Tubo PE : tecniche moderne di installazione
Pipe Bursting (inserimento per frantumazionedi tubazione esistente)
Courtesy : Tracto-Technik
26
Tubo PE : tecniche moderne di installazione
No-sand (posa senza sabbia)
Ploughing (tecnica ad aratro)
27
Tubo PE : tecniche moderne di installazione
Le peggiori condizioni reali che si possono considerarequando progettiamo un sistema di tubazioni:
I tubi saranno danneggiati e i difettisaranno presenti nella superficieesterna
Le pietre verranno a contatto con iltubo e creeranno una pressionelocalizzata
28
Peggiori condizioni reali
Difetti generabili nella superficie esternadurante l’inserzione del tubo o per movimentazione di cantiere
30
Carico puntuale
Posizione permanente
Segmento perpendicolare al raggio del tubo
Posizione del punto di carico
Superficie esterna del tubo Superficie interna del tubo
frattura
31
Peggiori condizioni reali
yCarichi puntuali del pietrame inducono alla rotturaattraverso un meccanismo di crescita lenta della frattura
Courtesy : Dr. J. Hessel
32
l Fin dagli anni ‘60, il PE si é imposto come ilprincipale materiale fra le condotte di distribuzione !!
0
10MRS Class
RCP resistenza alla propagazionerapida della frattura
Melt Strength(processabilità)
SCG resistenzaalla crescita lentadella frattura
Rigidità
PE 100 Butene 3° generazione
MDPEHDPE 2° generazione
PE 100 Esene
HDPE °1 generazione
Stadi di sviluppo delle tubazioni PE
33
Obiettivi dello sviluppo
0
10
MRS Class
RCP resistenza alla propagazionerapida della frattura
Melt StrengthSCG resistenza alla crescita
lenta della frattura
Rigidità
PE 100 Butene 3° generazione
PE 100 Esene
Obiettivi dello sviluppo
EuroPE100Evolution
34
I tubi a ELEVATISSIMA resistenza al fenomeno di SCG
sono prodotti con polimero
Materia prima
XSC 50
35
Norma EN 12201
1) la conformità a questi requisiti dovrà essere dimostrata dal produttore della composizione (compound).
> 12 barISO
13477:1997(prova S4)
0 °CAria
8,0 bar10,0 bar
Temperatura di provaMezzo di provaPressione interna per:- PE 80- PE 100
ArrestoResistenza alla propagazione rapida della frattura per Ø 250 mm SDR 11
> 5000 hEN ISO 13479:1997
80 °C
8,0 bar9,2 bar165 h
acqua in acqua
Temperatura di provaPressione interna di prova- PE 80- PE 100Periodo di provaTipo di prova
Nessuna rottura durante la prova
Resistenza alla propagazione lenta della frattura, dimensioni tubi SDR 11 Ø 110 o 125 mm
ValoriParametri SCG ++Metodi di prova
Parametri di provaRequisiti 1)Caratteristiche
Norma EN 12201-1Caratteristiche delle composizioni di PE in forma di tubi
36
Discussione
l Approccio semplice– Ideati test di prova per simulare la peggiore
situazione che ci si può aspettare nella pratical intagli acuti e profondi, carichi relativamente elevatil Applicazione di fattori accelleranti per produrre
risultati di prova in un lasso di tempo accettabile e determinato che assicuri un meccanismo di fratturarilevabile
l alte temperature e tensioattivi
– Estrapolazione dei risultati per avvicinarsi allecondizioni pratiche utilizzando un coefficiente di sicurezza
37
Carico puntuale
Posizione permanente
Parete tubo 5 mm
10 mm
Segmento perpendicolare al raggio del tubo
HesselIngenieurtechnikTubo 110 mmPremente sferico10 mmDeformazione localecontrollataAcqua esterna – 2%Arkopal internamente80 °C8 bar
38
Risultati : test Carico puntuale
> 5000 hrs
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000R
esis
tenz
ate
mpo
in o
re
HDPE PE80
MDPE
PE100(a
)PE10
0 (b)
PE100Evo
lution
PE100Evo
lution
39
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
40
Risultati : Prova su tubo intagliato
5000 ore
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000R
esis
tenz
ate
mpo
in o
re
HDPE PE80M
DPEPE10
0(a)
PE100 (
b)PE10
0 (c)
PE100Evo
lution
PE100Evo
lution
PE100Evo
lution
PE100Evo
lution
41
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
43
Risultati : Cone testRottura innescata
Propagazione rotturaRottura non ancora iniziatadopo 40 giorni) su XSC 50
44
Discussione
yEstrapolazione fattori temporali : ISO 9080
Cosa significa una resistenza di 5000 ore ? CosaCosa significasignifica unauna resistenzaresistenza di 5000 ore ? di 5000 ore ?
I limiti temporali di estrapolazione sono basati sui reali risultati sperimentali allamassima temperatura di prova e sull’equazione di Arrhenius per la dipendenzadella temperatura utilizzando l’energia di attivazione apparente calcolata sulsecondo ramo (fragile) delle poliolefine stabilizzate [110 kJ/mol è un valoreconservativo per l’energia di attivazione del secondo ramo].
Δ T 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 danneggiamentireali o in modellazioni come nei test sui tubi incisi o in test con carichipuntuali
45
CollegamentiPer le giunzioni vengono utilizzati gli stessi prodotti dei PE100 tradizionali
3. raccorderia formata
5. saldatura testa a testa
4. raccorderia ad elettrofusione
2. raccorderia stampata
1. raccorderia a serraggio meccanico
46
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 deipesi molecolari. In questo modo è già stata dimostrata una prestazionesuperiore a 10 volte quella dei PE100 tradizionali.
y I differenti metodi di prova per valutazione della resistenza alla rotturafragile, inclusi i test a pressione in condizione di carichi puntuali, hannorivelato 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 costilegati alle moderne tecniche di installazione dei tubi.
47
Esigenze del mercato
SICUREZZA
Affidabilità prodotto e fornitoreTolleranza delle costrizioni operativee di installazioneTolleranza degli errori umani
DURABILITA’Elevate aspettative di durabilità > 50 anniAssenza riparazioniAssenza manutenzione
ASPETTO
ECONOMICO
Costo materialeCosti di installazioneCosti operativi
SEMPLICITA’ DI
INSTALLAZIONE
Posa - inserimentoOperazioni di saldaturaConnessioni di qualsiasi tipo
48
Esigenze del mercato
Standard PE ⇔ PE-X e PE multistrato
Adatto anche alle particolari esigenze dellemoderne ed economiche tecniche diinstallazione (senza scavo a cielo aperto)
Estrema SicurezzaPotenziale vantaggio (No Sabbia)
Standard comuni (EN12201 – EN1555)Standard PE ⇔ PE-X e PE multistratoManeggevolezza
Adatto alla tendenza del mercato
Semplicità di estrusione
PE 100
Insensibilità allerocce
Insensibilità al graffio, taglio
Facilità di saldatura
49
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
yNoi sosteniamo fortemente l’utilizzo di tubi PE100 colorati ad ELEVATISSIMA resistenza alla crescita lentadella frattura
50
Incidenza costi tubi PE
ANNO 2002 Num. IMPORTI A BASE D'ASTA OFFERTE PE a.d. INCIDENZA
PE a.d. %
Tot. importi a base d'asta 117.076.049,26 3,42%con ribasso d'asta 20% 93.660.839,41 4,28%
ANNO 2003Tot. importi a base d'asta 211.034.494,74 2,07%con ribasso d'asta 20% 168.827.595,79 2,59%
ANNO 2004Tot. importi a base d'asta 135.247.967,93 2,12%con ribasso d'asta 20% 108.198.374,34 2,64%
109
158
32 2.861.743,32
4.009.375,00
4.373.753,00
Tot. importi a base d'asta 463.358.511,93 2,43%con ribasso d'asta 20% 370.686.809,54 3,03%
299 11.244.871,32
51
Incidenza costo tubi PEIncidenza costo tubi PE
Incidenza dei costi per l’installazione di tubi PE a.d. tradizionali
3,03
X
Y
Z
W
T
0 20 40 60 80 100
Costi %
Tubi
Ingegneria e D.L.
Scavi e rinfianchi
Posa tubi
Letto di posa
Ripristino
52
Incidenza costo tubi EuroPE100Evolution
prezzi tubi SCG ++: > ± 85% (rispetto PE100 NO SCG ++)
5,46
X
Y
Z
W
T
0 20 40 60 80 100
Costi %
Tubi
Ingegneria e D.L.
Scavi e rinfianchi
Posa tubi
Letto di posa
Ripristino
54
Servizio di assistenza, manuali e software specifici per:
Progettisti - Imprese - Gestori
PRODOTTI - SISTEMI INTEGRATI - SOLUZIONI
per acquedotti – gasdotti – fognature – drenaggi – irrigazioni – passaggio cavi
Richieste documentazione tecnica a: [email protected]
57
l GAS DOMESTICI più del 95% delle reti di distribuzione delGAS in Germania sono in POLIETILENE.
l ACQUA POTABILEIl POLIETILENE è oggi il materiale preferito per le reti di distribuzione in tutta Europa.
l PROTEZIONE I cavidotti di POLIETILENE consentonoun’agile posa dei cavi per reti elettriche, telefoniche e in fibra ottica
I TUBI DI PE SONO PARTE DELLA I TUBI DI PE SONO PARTE DELLA NOSTRA VITA QUOTIDIANANOSTRA VITA QUOTIDIANA
58
RESISTENZA MECCANICA: resistenza sotto sforzo(pressioni interne fino a 25 bar per acquedotti) DUREZZA: assorbimento di energia prima del guasto (altaresistenza all’urto)FLESSIBILITA’: raggi di curvatura bassi (posa agevole)RIGIDITA’: resistenza alla deformazione sotto caricoRESISTENZA ALLA ROTTURA: chimica (ESCR) o fisica(SCG)LEGGEREZZA, ASSENZA DI CORROSIONE, FACILITA’DI GIUNZIONE, …
PROPRIETAPROPRIETA’’ FONDAMENTALI DEL PEFONDAMENTALI DEL PE
59
POLIMERI : POLIMERI : CristalliniCristallini -- AmorfiAmorfi
Le catene polimeriche ramificate o con gruppi lateraliirregolari NON possono impacchettarsi insiemeabbastanza regolarmente per formare cristalli: sono i polimeri AMORFI
La maggior parte dei polimeri è SEMI-CRISTALLINA: hanno sia una parte cristallinache una regione amorfa
60
…… e e relativirelativi prodottiprodotti
0.950
PE100 HDPEPE100 HDPE
PE80 HDPE
0.945
HDPE
Densità g/cm3
Cristallinità
0.915
0.934 0.945
0.965
40 % 60 % 90 %
LDPE
70 %
MDPE
0.938
PE80 MDPE
61
Proprietàprincipali
Catalizzatori Cr
DISTRIBUZIONE DEI PESI MOLECOLARIDISTRIBUZIONE DEI PESI MOLECOLARI
Processabilità Proprietàmeccaniche
Ramificazioni
MetalloceneMonomodali ZN
Peso molecolare
quan
tità
62
DistribuzioneDistribuzione del COdel CO--MONOMEROMONOMERO
Cr
Co-
mon
omer
o
PMPM PM
MetalloceneZN
Distribuzione del CO-Monomero / Peso molecolare
Co-
mon
omer
o
Co-
mon
omer
o
63
ResineResine BIMODALIBIMODALI
Peso molecolare
Proprietàprincipali
Buonaprocessabilità
Buoneproprietà
meccaniche
64
ANTWERPENANTWERPEN impianto di polimerizzazione bimodale dellimpianto di polimerizzazione bimodale dell’’etileneetilene
65
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)
PROPRIETAPROPRIETA’’ NEL TEMPONEL TEMPO
66
DESIGNAZIONE DEL MATERIALEDESIGNAZIONE DEL MATERIALE
σ (SIGMA)Resistenza minima richiesta (MRS)
[MPa]Designazioni
80635032
8,06,35,03,2
10,08,06,34,0
PE 100PE 80PE 63PE 40
[kg/cm2][MPa]
Designazione del materiale e sforzo di progetto massimo
67
PrincipioPrincipio dei test in dei test in pressionepressione
METODO: EN 921ISO 1167
Tubo: 32x3 mmTemperatura: 20,40,60,80°CPressione: f.(tempo di rottura)Tempi di rottura: 10 - >9000 hDati: min 30/temperatura
Estrapolazione: ISO 9080
68
Log FAILURE TIME (h)
Log
HO
OP
STRE
SS (
MPa
)
20°C
40°C
60°C
80°C
~100~50
~6
Re: ISO EN
MRS
PrincipioPrincipio di di estrapolazioneestrapolazione
50 y
a
69
Tipi di Tipi di rotturarottura
DUTTILE
- deformazione visibile- rottura a “becco di delfino”- sovrapressione sulcampione
FRAGILE
- nessuna deformazione- rottura a “spacco”- collasso chimico
70
MeccanismoMeccanismo della della rotturarottura DUTTILEDUTTILE
Re: Arnold LUSTIGER
Rottura da strappo : test di pressione1
1
71
MeccanismoMeccanismo della della rotturarottura FRAGILEFRAGILE
Re: Arnold LUSTIGER
1
1 Rottura intercristallina per SCG
72
CurvaCurva di di regressioneregressione deldel PE100PE100
50 y
SEM 1.12 - 4 Parameters Model
Temperature (°C)
20
60
80
LPLLTHS
1 10 100 1’000 10’000 100’000
Time to failure (hour)
3
4
5
6
7
8
9
10
12
14
Stre
ss (M
Pas
cal)
10.86
LTHS 50y = 11.2 MPalpl 97.5%/50y = 10.8 MPa
73
1
10
10 100 1000 10000 100000 1000000
FAILURE TIME (h)
HOOP
STRE
SS (M
Pa)
HDPEMDPE
TipicheTipiche curvecurve a 80a 80°°C di HDPEC di HDPE--MDPE (PE80)MDPE (PE80)
74
RESISTENZA ALLACRESCITA LENTA DELLA
FRATTURA
PERFORMANCE DEI TUBIPERFORMANCE DEI TUBI
SLOW CRACK GROWTH
(SCG)
75
Una scarsa attenzione durante trasporto, movimentazione, installazione può provocare graffie incisioni sulla superficie esterna dei tubi
Lo Squeeze-off utilizzato per fermare il flusso può provocarepiccolissime rottureall’interno del tuubo
POSSIBILIPOSSIBILI DIFETTI SUPERFICIALIDIFETTI SUPERFICIALI
76
Bordino di saldatura - saldatura di testa
Zone « fredde » - elettrofusione
INCISIONI DOVUTE ALLA INSTALLAZIONEINCISIONI DOVUTE ALLA INSTALLAZIONE
78
METODI DI PROVA
PRESSIONE
80°C - ACQUATUBO
EN 921ISO 1167
> 1000 h
NOTCHED PIPETEST (NPT)
80°C - ACQUAIntaglio 20%
SP tubo
EN ISO13479
165-1000 h
CONE TEST
80°CTensioattivi
Cono = 112% Dint
EN ISO13480
<15mm/g
FULL NOTCH CREEPTEST (FNCT)
80°CTensioattivi - 4 Intagli
Barrette
ISO/DIS16770.3
50-500 h
SLOW CRACK GROWTH (SCG)SLOW CRACK GROWTH (SCG)
79
METODO: EN ISO 13479
Tubo: 110/125 mm SDR11 Temperatura: 80°CPressione: PE 80: 8 bar
PE 100: 9.2 barTempo di prova: >165 h (>500 h)
NOTCHED PIPE TEST (NPT)NOTCHED PIPE TEST (NPT)
80
RCPRCP ((RapidRapid Crack Crack PropagationPropagation))
l Instabilità sotto sforzo, o l’eccessiva concentrazione dello sforzo sullaparete 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 delmateriale, 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
82
RCPRCP FS TESTFS TEST ∅∅ 500 mm SDR 11500 mm SDR 11
Pipe at 3°C filled to 90%, 24 bar Deep cooling of initiation zone
Crack initiation blade
83
Low resistance initiation pipe failure Crack lengths in test pipes
69 mm
80 mm
RCPRCP FS TESTFS TEST ∅∅ 500 mm SDR 11500 mm SDR 11
84
PE 100PE 100 ∅∅ 1600 mm SDR 26 per sistemi di tubi in pressione1600 mm SDR 26 per sistemi di tubi in pressione
85
PE 100 BLUPE 100 BLU sistemi di tubazioni per acqua potabilesistemi di tubazioni per acqua potabile
87
Esigenze 1 ESIGENZE DELLE MODERNE RETI DI SCARICOESIGENZE DELLE MODERNE RETI DI SCARICO
- Sistemi omogenei, continui e stagni
- Semplicità e velocità di installazione
- Durabilità
- Sicurezza in cantiere
- Economicità realizzazione opera e gestione
90
Gamma x uso
APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
Pozzetti di saltoPozzetti di rallentamento
Pozzetti IntersezionePozzetti di Linea Pozzetti Vertice
92
POZZETTI MODULARI
- versatilità di cantiere su altezze
- maneggevolezza
- gradini interni DIN19555 (integrati, co-stampati, con antiscivolo)
POZZETTI MODULARI CORPO CORRUGATO
- versatilità di cantiere su altezze
- maneggevolezza
POZZETTI MONOBLOCCO
- monolitici, completamentestagni; unica stampata o saldati
- maneggevolezza
- gradini interni DIN19555 (integrati, co-stampati, con antiscivolo)
POZZETTI: TIPOLOGIEPOZZETTI: TIPOLOGIETipologie
94
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
POZZETTI: I GRADINIPOZZETTI: I GRADINIScalini
95
TEE Magnum M
600 - 800
Diametri Interni (DI)Diametri Esterni (DE)
630 – 800 – 1000 – 1200INGRESSI/USCITE
Moduli DN600 - Moduli DN800 - Moduli DN1000ISPEZIONE
TEE Magnum B
TEE D’ISPEZIONETEE D’ISPEZIONE
102
Sistemi giunzione
SISTEMI DI GIUNZIONE ALLE CONDOTTESISTEMI DI GIUNZIONE ALLE CONDOTTE
Bicchiere per tubo corrugato Bicchiere per tubo liscioSaldatura con manicotto elettrico
Saldatura testa a testa Giunto universale di collegamentoCollegamento con guarnizione
103
Statica flessibili
Statica tubi flessibili secondo prEN 1295-3Statica tubi flessibili secondo prEN 1295-3
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)
104
Rigidi-Flessibili
Caratteristiche generali condotteCaratteristiche generali condotte
ottimascarsa (eccetto ghisa)TENUTA GIUNZIONI
elevataScarsaCAPACITA’ RETE DI FAR SISTEMA
maggioriminori(x interventi di manutenzione)
ASPETTATIVE DURABILITA’
agevoledifficoltosaPOSA
molto ridottielevatiONERI SICUREZZA
molto ridottielevatiTEMPI - COSTI DI POSA
bassaelevataFRAGILITA’
agevoledifficoltosaMOVIMENTAZIONE
dipendenza rigiditàcontornofortiSTATICHE
FLESSIBILIRIGIDECARATTERISTICHE
105
Condotte flessibili
Condotte tipo flessibileCondotte tipo flessibile
Requisiti minimi prestazionali: sono i medesimi per tubi strutturati (PE – PP – PVC) che per i tubi compatti tradizionali di PVC
elevatissimalimitataCapacità di far sistema
DIN EN 295-3DIN EN 295-3Resistenza abrasione
gamma elevatagamma elevataRaccorderia e pezzi speciali
EN 744EN 744Resistenza agli urti
UNI EN ISO 9967UNI EN ISO 9967Durabilità (creep)
EN 1277EN 1277Tenuta idraulica
UNI EN 1446UNI EN 1446Flessibilità anulare
UNI EN ISO 9969UNI EN ISO 9969Rigidità anulare (SN)PE corr. UNI 10968PVC UNI EN 1401
CARATTERISTICHE RICHIESTE
106
Condotte flessibili
Condotte tipo flessibileCondotte tipo flessibile
PE a.d. PVC
ridotto valore di modulo elastico
maggiore spessore
maggiore peso
maggiore costo
saldatura di testa
migliore resistenza agli urti
maggiore valore di modulo elastico
minore spessore
minore peso
minore costo
bicchiere
minore resistenza agli urti
107
Evoluzione
Obiettivi sviluppoObiettivi sviluppo
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 COMPATTOTIPO STRUTTURATO
SpiralatoTIPO STRUTTURATO
Corrugato
108
EVOLUZIONE TUBI PARETE STRUTTURATAEVOLUZIONE TUBI PARETE STRUTTURATAConfronto 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
109
PROFILIPROFILIProfili
TUBI PE a.d. CORRUGATI TUBI PE a.d. SPIRALATI
DN (d.e.) 40 → 1200 mm DN (d.i.) 500 → 1500 mm
110
PREZZI SCONTATIPREZZI SCONTATIPrezzi scontati
agosto 2006 → sconto 52%
prezzi espressi in €/m
173,938151,248141,792199,3921200*118,296102,86493,360168,672100081,91771,23260,384133,67095,87580042,10636,61434,94970,07054,30263029,70726,52520,93343,99734,35850017,10715,27412,71524,86419,63240011,73610,4788,56315,40812,1443157,3876,5955,9579,6967,776250
PP SN 16PE SN 8PE SN 4SN 8SN 4CORRUGATI UNI 10968PVC UNI EN 1401
De mm
111
DIFFERENZE PREZZI (€/m)DIFFERENZE PREZZI (€/m)Differenze prezzi €/m
rispetto prezzi tubi PE Corrugati
prezzi espressi in €/m
22,690→←57,6001200*
15,432→←75,312100010,685← →←62,43835,4918005,491← →←33,45619,3546303,182← →←17,47213,4265001,834← →←9,5906,9174001,258← →←4,9303,5813150,792← →←3,1011,819250
PP SN 16PE SN 8PE SN 4SN 8SN 4CORRUGATI UNI 10968PVC UNI EN 1401
De mm
112
DIFFERENZE PREZZI (%)DIFFERENZE PREZZI (%)Differenze prezzi %
rispetto prezzi tubi PE Corrugati
15,00→←40,621200*15,00→←80,67100015,00← →←87,6558,7880015,00← →←91,3755,3863012,00← →←65,8764,1450012,01← →←62,7954,4040012,00← →←47,0541,8231512,01← →←47,0230,54250
PP SN 16PE SN 8PE SN 4SN 8SN 4CORRUGATI UNI 10968PVC UNI EN 1401
De mm
115
CARATTERISTICHE PRINCIPALI CARATTERISTICHE PRINCIPALI Elenco caratteristiche
Rigidità anulare
Leggerezza
Maneggevolezza
Pieghevolezza
Inerzia chimica
Resistenza agli urti
Resistenza all’abrasione
Tenuta idraulica
Scabrezza
116
13476 class. rig. an.
UNI 10968
DN ≤ 500 mm: 4 – 8 – 16
DN > 500 mm: 2 – 4 – 8 – 16
SN = E•I/Dm3
E = modulo elastico del materiale (1,0·103) [MPa]Dm = diametro medio del tubo [m]I = momento d'inerzia (I = s3/12) [m4/m]
L’espressione rappresentativa della rigidezza è
CLASSIFICAZIONE RIGIDITA’ ANULARECLASSIFICAZIONE RIGIDITA’ ANULARE
Il valore SN è determinato da test eseguito in conformità a UNI EN ISO 9969
117
LEGGEREZZA 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%)
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%)
es.: D.i. 1.000 mm
118
LEGGEREZZA E MANEGGEVOLEZZALEGGEREZZA E MANEGGEVOLEZZALeggerezza e maneggevolezza
leggerezza e maneggevolezza consentono:
> velocità di posa
< costi di cantierizzazione
> sicurezza
< sfridi
< disagi e costi sociali indotti
119
PIEGHEVOLEZZAPIEGHEVOLEZZAPieghevolezza
La pieghevolezza consente:
> possibilità di soluzioni di cantiere
< impiego di pezzi speciali
> velocità di realizzazione dell’opera
< costi
Raggio di curvatura
≅ 30 De
120
INERZIA CHIMICAINERZIA CHIMICAInerzia chimica
UNI ISO/TR 7474Verifica effettuata con prova di durata pari a 55 giorni su lastre di PE delle dimensioni di 50x25x1 mm
INERZIA ALLE CORRENTI VAGANTI
Resistenza chimica, elettrochimica e biologica delle tubazIoni PE
ECCELLENTE
121
RESISTENZA AGLI URTIRESISTENZA AGLI URTIResistenza agli urti
EN 744Verifica 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
122
RESISTENZA ALL’ABRASIONE RESISTENZA ALL’ABRASIONE Resistenza all’abrasione 1
DIN EN 295-3Verifica 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.
≅ 100 h≅ 60 h≅ 50 h≅ 34 h≅ 25 h≅ 20 h
PE a.d.GRESPVCACCIAIOPRFVCEMENTO
Fonte: Politecnico di Darmstadt (D)
Resistenza all’abrasione delle tubazioni PE a.d.
OTTIMA E CERTIFICATA
123
RESISTENZA ALL’ABRASIONE RESISTENZA ALL’ABRASIONE Resistenza all’abrasione 2
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
124
RESISTENZA ALL’ABRASIONE RESISTENZA ALL’ABRASIONE Resistenza all’abrasione 3
-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
COLLAUDI
125
TENUTA IDRAULICATENUTA IDRAULICATenuta idraulica
EN 1277Verifica 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)
126
GIUNZIONI TUBI CORRUGATIGIUNZIONI TUBI CORRUGATIGiunzioni corrugati
1 guarnizione
Bicchiere INTEGRAL dal ∅ 500 mm al ∅ 1.200 mm
2 guarnizioni
Manicotto dal ∅ 125 mm al ∅ 1.200 mm
1 infilaggio
1 guarnizione
1 infilaggio
2 infilaggi
Bicchiere SWS dal ∅ 250 mm al ∅ 400 mm
127
RACCORDI TUBI CORRUGATIRACCORDI TUBI CORRUGATIRaccordi corrugati
Esecuzione foro con fresa a tazza Inserimento guarnizione
Inserimento bicchiere e tubo Particolare giunzione
128
BICCHIERE TUBI PE a.d. SPIRALATIBICCHIERE TUBI PE a.d. SPIRALATIBicchieri Spiralati
Schemi profilo
129
SALDATURE TUBI PE a.d. SPIRALATISALDATURE TUBI PE a.d. SPIRALATISaldature Spiralati
Le tubazioni PE a.d. con profilo di parete strutturato, di tipo Spiralato“Helidur Spiral Pipes Process”, sono saldabili di testa
130
SCABREZZA PARETI DI PE a.d.SCABREZZA PARETI DI PE a.d.Scabrezza
Nei calcoli, validi in condizione di esercizio, possono essere utilizzati i seguenti valori di scabrezza
(95)(0,10)Pareti di PVC
(70)(0,23)Pareti di cemento in uso
(95)(0,10)Pareti di polietilene
Gauckler – Strickler KS
[m⅓ s-1]
Bazin γ[m½]
TIPO DI CANALIZZAZIONE
131
CONFRONTO PRESTAZIONI IDRAULICHE PE - CEMENTOCONFRONTO PRESTAZIONI IDRAULICHE PE - CEMENTOConfronto 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.
53,76%50%
65,17%60%
77,55%70%
132
TUBI CORRUGATITUBI CORRUGATITubi corrugati
per sistemi interrati di scarico acque
da ∅ 125 mm a ∅ 1.200 mm
133
TUBI CORRUGATI PER DISSIPAZIONETUBI CORRUGATI PER DISSIPAZIONECorrugati AMR
per rallentamento acque in posa ad elevata pendenza
tubazioni SLOW-FLOW AMR
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
134
TUBI CORRUGATI FESSURATI PER SISTEMI DRENANTITUBI CORRUGATI FESSURATI PER SISTEMI DRENANTITubi corr. drenanti
Edilizia - Agricoltura - Strade - Discariche - Ambiente - Biogas
135
TUBI CORRUGATI PER SISTEMI CAVIDOTTISTICI INTERRATITUBI CORRUGATI PER SISTEMI CAVIDOTTISTICI INTERRATITubi corr. cavidotti
Protezione cavi elettrici
Protezione cavi TLC
Protezione cavi ENEL
dal ∅ 40 mm al ∅ 200 mm