Tubi Polietilene e Polipropilene Impianti Idraulici

TUBI DI POLIETILENE E
POLIPROPILENE
ASSOCIAZIONE IDROTECNICA ITALIANA
Corso di
GESTIONE DEI SERVIZI IDRICI
Università degli Studi ROMA TRE
dott. ing. Catello MASULLO
e-mail: c.masullo@hydroarchsrl.com
Si ringrazia System Group
TUBI DI POLIPROPILENE
CON PROFILO DI PARETE STRUTTURATO
PER CONDOTTE DI SCARICO INTERRATE
NON IN PRESSIONE
Strutturati
TTUBBAAZZIIONII SSTTRUTTTTURAATTEE IIN PPPP
NORMAATTIIVVEE
PROGETTAZIONE: UNI EN 1295-1 + prEN 1295-3
Progetto strutturale di tubazioni interrate sottoposte a differenti condizioni di carico.
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.
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.
Condotte flessibili
CONDOTTTTEE TTIIPPO FFLLEESSSSIIBBIILLEE ((PPVVC -- PPEE))
Requisiti minimi prestazionali: sono i medesimi per tubi strutturati
(PE – PP – PVC) che per i tubi compatti tradizionali di PVC
Capacità di far sistema limitata elevatissima
Resistenza abrasione DIN EN 295-3 DIN EN 295-3
Raccorderia e pezzi speciali gamma elevata gamma elevata
Resistenza agli urti EN 744 EN 744
Durabilità (creep) UNI EN ISO 9967 UNI EN ISO 9967
Tenuta idraulica EN 1277 EN 1277
Flessibilità anulare UNI EN 1446 UNI EN 1446
Rigidità anulare (SN) UNI EN ISO 9969 UNI EN ISO 9969
PVC UNI EN 1401 PE corr. UNI 10968
CARATTERISTICHE RICHIESTE
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
IINIIZZIIAALLEE PPREEFFEEREENZZAA PPEER PPVVC
Evoluzione
OBBIIEETTTTIIVVII SSVVIILLUPPPPO
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
EEVVOLLUZZIIONEE TTUBBII PPAAREETTEE SSTTRUTTTTURAATTAA
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
PPRODUZZIIONEE TTUBBII CORRUGAATTII PPEE--PPPP
Produzione corr.
LLAA PPOSSAA SSEECONDO UNII EENVV 11004466
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)
LLAA PPOSSAA SSEECONDO UNII EENVV 11004466
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)
RIICHIIEESSTTEE DEELL MEERCAATTO
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
=
13476 class. rig. an.
UNI 10968
DN ≤ 500 mm: 4 – 8 – 16
DN > 500 mm: 2 – 4 – 8 – 16
CLLAASSSSIIFFIICAAZZIIONEE RIIGIIDIITTAA’’ AANULLAAREE
Il valore della rigidità anulare “ SN “
è determinato da test
eseguito in conformità a UNI EN ISO 9969
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
CLLAASSSSIIFFIICAAZZIIONEE RIIGIIDIITTAA’’ AANULLAAREE
3
m
R D
S E I •
=
II MAATTEERIIAALLII
VVAALLORII TTIIPPIICII DII MODULLO EELLAASSTTIICO
PPEE EE == ≥≥ 880000 [[MPPaa]]
PPPP EE == 11770000 -- 11990000 [[MPPaa]]
PPVVC EE == ≥≥ 33000000 [[MPPaa]]
PPOLLIIPPROPPIILLEENEE
PRINCIPALI DIFFERENZE COL PE
EN 744
(nessuna rottura a 0°C)
EN 744
(nessuna rottura a 0°C)
Resist. all’urto
Densità 0,950 g/cm3 0,930 g/cm3
Resistenza eccellente ≥ eccellente
all’abrasione
Resistenza shock buona elevata
termici
E (modulo elastico) ≥ 800 1700 – 1900
caratteristica PE PP
Scabrezza tubazione PP: la medesima del PE
TUBO CORRUGATO
IN POLIPROPILENE (PP)
ad elevato modulo elastico
con maggiore rigidità
anulare (SN16)
RIISSPPOSSTTAA AALLLLEE EESSIIGEENZZEE DEELL MEERCAATTO
HYYDRO 1166 :: II COSSTTII
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)
PPREEZZZZII SSCONTTAATTII
Prezzi scontati
agosto 2006 → sconto 52%
prezzi espressi in €/m
1200* 199,392 141,792 151,248 173,938
1000 168,672 93,360 102,864 118,296
800 95,875 133,670 60,384 71,232 81,917
630 54,302 70,070 34,949 36,614 42,106
500 34,358 43,997 20,933 26,525 29,707
400 19,632 24,864 12,715 15,274 17,107
315 12,144 15,408 8,563 10,478 11,736
250 7,776 9,696 5,957 6,595 7,387
SN 4 SN 8 PE SN 4 PE SN 8 PP SN 16
PVC UNI EN 1401 CORRUGATI UNI 10968
De mm
HYYDRO 1166
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)
HYYDRO 1166
DIBATTITO
COSA NE PENSATE ?
Sviluppi prestazionali
nel campo delle resine di polietilene
TUBAZIONI PE100
Posa tubi PE
Norma di riferimento
POSA TUBI PE
UNI ENV 1046
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
Tubo PE : tecniche moderne di installazione
Narrow trenching
(trincea stretta)
Directional drilling
(perforazione guidata)
Courtesy : TractoTechnik
Tubo PE : tecniche moderne di installazione
Pipe Bursting
(inserimento per frantumazione
di tubazione esistente)
Courtesy : Tracto-Technik
Tubo PE : tecniche moderne di installazione
No-sand (posa senza sabbia)
Ploughing (tecnica ad aratro)
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
Peggiori condizioni reali
Difetti generabili nella superficie esterna
durante l’inserzione del tubo o per movimentazione di cantiere
Peggiori condizioni reali
yDanneggiamenti accidentali (o negligenze ...)
Carico puntuale
Posizione permanente
Segmento perpendicolare al raggio del tubo
Posizione del
punto di carico
Superficie esterna del tubo Superficie interna del tubo
frattura
Peggiori condizioni reali
y Carichi puntuali del pietrame inducono alla rottura
attraverso un meccanismo di crescita lenta della frattura
Courtesy : Dr. J. Hessel
l Fin dagli anni ‘60, il PE si é imposto come il
principale materiale fra le condotte di
distribuzione !!
0
10
MRS Class
RCP resistenza alla propagazione
rapida della frattura
Melt Strength
(processabilità)
SCG resistenza
alla crescita lenta
della frattura
Rigidità
PE 100 Butene 3° generazione
MDPE
HDPE 2° generazione
PE 100 Esene
HDPE °1 generazione
Stadi di sviluppo delle tubazioni PE
Obiettivi dello sviluppo
0
10
MRS Class
RCP resistenza alla propagazione
rapida della frattura
Melt Strength
SCG resistenza alla crescita
lenta della frattura
Rigidità
PE 100 Butene 3° generazione
PE 100 Esene
Obiettivi dello sviluppo
EuroPE100Evolution
I tubi a ELEVATISSIMA resistenza al fenomeno di SCG
sono prodotti con polimero
Materia prima
XSC 50
Norma EN 12201
1) la conformità a questi requisiti dovrà essere dimostrata dal produttore della composizione (compound).
> 12 bar
ISO
13477:1997
(prova S4)
0 °C
Aria
8,0 bar
10,0 bar
Temperatura di
prova
Mezzo di prova
Pressione interna
per:
- PE 80
- PE 100
Arresto
Resistenza alla
propagazione
rapida della frattura
per Ø 250 mm SDR
11
EN ISO > 5000 h
13479:1997
80 °C
8,0 bar
9,2 bar
165 h
acqua in
acqua
Temperatura di
prova
Pressione interna
di prova
- PE 80
- PE 100
Periodo di prova
Tipo di prova
Nessuna rottura
durante la prova
Resistenza alla
propagazione lenta
della frattura,
dimensioni tubi
SDR 11 Ø 110 o
125 mm
Parametri Valori Metodi di SCG ++
prova
Parametri di prova
Caratteristiche Requisiti 1)
Norma EN 12201-1
Caratteristiche delle composizioni di PE in forma di tubi
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
l alte temperature e tensioattivi
– Estrapolazione dei risultati per avvicinarsi alle
condizioni pratiche utilizzando un coefficiente di
sicurezza
Carico puntuale
Posizione permanente
Parete tubo 5 mm
10 mm
Segmento perpendicolare al raggio del tubo
Hessel
Ingenieurtechnik
Tubo 110 mm
Premente sferico
10 mm
Deformazione locale
controllata
Acqua esterna – 2%
Arkopal internamente
80 °C
8 bar
Risultati : test Carico puntuale
> 5000 hrs
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Resistenza tempo in ore
HDPE PE80
MDPE
PE100(a)
PE100 (b)
PE100Evolution
PE100Evolution
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
Risultati : Prova su tubo intagliato
5000 ore
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Resistenza tempo in ore
HDPE PE80
MDPE
PE100(a)
PE100 (b)
PE100 (c)
PE100Evolution
PE100Evolution
PE100Evolution
PE100Evolution
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 Risultati : Cone test Dopo 15 giorni Dopo 30 giorni XSC 50 MDPE PE100(b) XSC 50 PE100(b) MDPE Risultati : Cone test Rottura innescata Rottura non ancora iniziata Propagazione rottura dopo 40 giorni) su XSC 50 Discussione yEstrapolazione fattori temporali : ISO 9080 Cosa significa una resistenza di 5000 ore ? 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]. 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 danneggiamenti
reali o in modellazioni come nei test
sui tubi incisi o in test con carichi
puntuali
Collegamenti
Per 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
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.
Esigenze del mercato
SICUREZZA
�� Affidabilità prodotto e fornitore
�� Tolleranza delle costrizioni operative
e di installazione
�� Tolleranza degli errori umani
DURABILITA’
�� Elevate aspettative di durabilità > 50 anni
�� Assenza riparazioni
�� Assenza manutenzione
ASPETTO
ECONOMICO
�� Costo materiale
�� Costi di installazione
�� Costi operativi
SEMPLICITA’ DI
INSTALLAZIONE
�� Posa - inserimento
�� Operazioni di saldatura
�� Connessioni di qualsiasi tipo
Esigenze del mercato
�� Standard PE ⇔ PE-X e PE multistrato
�� Adatto anche alle particolari esigenze delle
moderne ed economiche tecniche di
installazione (senza scavo a cielo aperto)
�� Estrema Sicurezza
�� Potenziale vantaggio (No Sabbia)
�� Standard comuni (EN12201 – EN1555)
�� Standard PE ⇔ PE-X e PE multistrato
�� Maneggevolezza
�� Adatto alla tendenza del mercato
Semplicità di
estrusione
PE 100
Insensibilità alle
rocce
Insensibilità al
graffio, taglio
Facilità di
saldatura
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
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 2003
Tot. importi a base d'asta 211.034.494,74 2,07%
con ribasso d'asta 20% 168.827.595,79 2,59%
ANNO 2004
Tot. 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
IIncciidenzza ccosstto ttubii 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
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
Per aggiornamenti in
tempo reale visitate il
portale tematico
www.tubi.net
INTERNET
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per acquedotti – gasdotti – fognature – drenaggi – irrigazioni – passaggio cavi
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Belluno, 28 settembre 2006
SALUTA e RINGRAZIA
TUTTI I PARTECIPANTI
Polietilene
Tubazioni in
pressione
Udine, 31 maggio 2006
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
I TUBI DI PE SONO PARTE DELLA
NOSTRA VITA QUOTIDIANA
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, …
PROPRIETA’ FONDAMENTALI DEL PE
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
…e relativi prodotti
0.950
PE100 HDPE
PE80
HDPE
0.94
5
HDPE
Densità g/cm3
Cristallinità
0.91
5
0.934 0.94
5
0.96
5
40 % 60 % 90 %
LDPE
70 %
MDP
E
0.93
8
PE80
MDPE
Proprietà
principali
Catalizzatori Cr
DISTRIBUZIONE DEI PESI MOLECOLARI
Processabilità Proprietà
meccaniche
Ramificazioni
Metallocene
Monomodali ZN
Peso molecolare
quantità
Distribuzione del CO-MONOMERO
Cr
Co-monomero
PM PM PM
ZN Metallocene
Distribuzione del CO-Monomero / Peso molecolare
Co-monomero
Co-monomero
Resine BIMODALI
Peso molecolare
Proprietà
principali
Buona
processabilità
Buone
proprietà
meccaniche
ANTWERPEN impianto di polimerizzazione bimodale dell’etilene
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)
PROPRIETA’ NEL TEMPO
DESIGNAZIONE DEL MATERIALE
Resistenza minima σ (SIGMA)
richiesta (MRS)
[MPa]
Designazioni
80
63
50
32
8,0
6,3
5,0
3,2
10,0
8,0
6,3
4,0
PE 100
PE 80
PE 63
PE 40
[MPa] [kg/cm2]
Designazione del materiale e sforzo di progetto massimo
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
Log FAILURE TIME (h)
Log HOOP STRESS (MPa)
20°C
40°C
60°C
80°C
~100
~50
~6
Re: ISO EN
MRS
Principio di estrapolazione
50 y
a
Tipi di rottura
DUTTILE
- deformazione visibile
- rottura a “becco di
delfino”
- sovrapressione sul
campione
FRAGILE
- nessuna deformazione
- rottura a “spacco”
- collasso chimico
Meccanismo della rottura DUTTILE
Re: Arnold LUSTIGER
1 Rottura da strappo : test di pressione
1
Meccanismo della rottura FRAGILE
Re: Arnold LUSTIGER
1
1 Rottura intercristallina per SCG
Curva di regressione del PE100
50 y
SEM 1.12 - 4 Parameters Model
Temperature (°C)
20
60
80
LPL
LTHS
1 10 100 1’000 10’000 100’000
Time to failure (hour)
3
4
5
6
7
8
9
10
12
14
Stress (MPascal)
10.86
LTHS 50y = 11.2 MPa
lpl 97.5%/50y = 10.8 MPa
1
10
10 100 1000 10000 100000 1000000
FAILURE TIME (h)
HOOP STRESS (MPa)
HDPE
MDPE
Tipiche curve a 80°C di HDPE-MDPE (PE80)
RESISTENZA ALLA
CRESCITA LENTA DELLA
FRATTURA
PERFORMANCE DEI TUBI
SLOW CRACK GROWTH
(SCG)
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
POSSIBILI DIFETTI SUPERFICIALI
Bordino di saldatura - saldatura di testa
Zone « fredde » - elettrofusione
INCISIONI DOVUTE ALLA INSTALLAZIONE
Frattura all’interno del tubo
EFFETTO DEI CARICHI PUNTUALI
METODI DI PROVA
PRESSIONE
80°C - ACQUA
TUBO
EN 921
ISO 1167
> 1000 h
NOTCHED PIPE
TEST (NPT)
80°C - ACQUA
Intaglio 20%
SP tubo
EN ISO
13479
165-1000 h
CONE TEST
80°C
Tensioattivi
Cono = 112%
Dint
EN ISO
13480
<15mm/g FULL NOTCH CREEP TEST (FNCT) 80°C Tensioattivi - 4 Intagli Barrette ISO/DIS 16770.3 50-500 h SLOW CRACK GROWTH (SCG) 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)
NOTCHED PIPE TEST (NPT)
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
RCP (Rapid Crack Propagation)
RCP
NON SOLO SUL
PE
PE ACCIAIO
RCP FS TEST ∅ 500 mm SDR 11
Pipe at 3°C filled to 90%, 24 bar Deep cooling of initiation zone
Crack initiation blade
Low resistance initiation pipe failure Crack lengths in test pipes
69 mm
80 mm
RCP FS TEST ∅ 500 mm SDR 11
PE 100 ∅ 1600 mm SDR 26 per sistemi di tubi in pressione
PE 100 BLU sistemi di tubazioni per acqua potabile
POZZETTI in PE
PER RETI DI SCARICO INTERRATE NON IN PRESSIONE
Start pozzetti
Esigenze 1 EESSIIGEENZZEE DEELLLLEE MODEERNEE REETTII DII SSCAARIICO
- Sistemi omogenei, continui e stagni
- Semplicità e velocità di installazione
- Durabilità
- Sicurezza in cantiere
- Economicità realizzazione opera e gestione
Catena
PPRIINCIIPPIIO
NESSUNA CATENA
E’ MAI PIU’ FORTE
DEL SUO ANELLO PIU’ DEBOLE
Immagine
EESSIIGEENZZEE DEELLLLEE MODEERNEE REETTII DII SSCAARIICO
Gamma x uso
AAPPPPLLIICAAZZIIONII
Pozzetti di rallentamento Pozzetti di salto
Pozzetti di Linea Pozzetti Vertice Pozzetti Intersezione
Posa pozzi PE Posa pozzi CLS
PPOSSAA PPOZZZZEETTTTII
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, completamente
stagni; unica stampata o
saldati
- maneggevolezza
- gradini interni DIN19555
(integrati, co-stampati, con
antiscivolo)
Tipologie PPOZZZZEETTTTII:: TTIIPPOLLOGIIEE
Immagine
SSIICUREEZZZZAA DEELLLLEE MODEERNEE REETTII DII SSCAARIICO
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
PPOZZZZEETTTTII:: II GRAADIINII Scalini
TEE Magnum M
600 - 800
Diametri Esterni (DE) Diametri Interni (DI)
INGRESSI/USCITE 630 – 800 – 1000 – 1200
ISPEZIONE Moduli DN600 - Moduli DN800 - Moduli DN1000
TEE Magnum B
TTEEEE D’’IISSPPEEZZIIONEE
TTEEEE D’’IISSPPEEZZIIONEE SSTTAAMPPAATTEE
TTEEEE D’’IISSPPEEZZIIONEE FFORMAATTEE
Pozzetto sifonato
PPOZZZZEETTTTO SSIIFFONAATTO
INNESTO TUBI FINO DN 200
Pozzetto sifonato
PPOZZZZEETTTTO SSIIFFONAATTO
Racc. posa
RAACCOMAANDAAZZIIONII DII PPOSSAA
Racc. posa
RAACCOMAANDAAZZIIONII DII PPOSSAA
Sistemi giunzione
SSIISSTTEEMII DII GIIUNZZIIONEE AALLLLEE CONDOTTTTEE
Bicchiere per tubo corrugato Bicchiere per tubo liscio
Saldatura con manicotto elettrico
Saldatura testa a testa Giunto universale di collegamento
Collegamento con guarnizione
Statica flessibili
SSttaattiiccaa ttuubbii fflleessssiibbiillii sseeccoonnddoo pprrEEN 11229955--33
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)
Rigidi-Flessibili
Caarraatttteerriissttiicchhee ggeenneerraallii ccoonnddoottttee
TENUTA GIUNZIONI scarsa (eccetto ghisa) ottima
CAPACITA’ RETE DI FAR Scarsa elevata
SISTEMA
minori maggiori
(x interventi di manutenzione) ASPETTATIVE DURABILITA’
POSA difficoltosa agevole
ONERI SICUREZZA elevati molto ridotti
TEMPI - COSTI DI POSA elevati molto ridotti
FRAGILITA’ elevata bassa
MOVIMENTAZIONE difficoltosa agevole
dipendenza rigidità
STATICHE forti contorno
CARATTERISTICHE RIGIDE FLESSIBILI
Condotte flessibili
Coonnddoottttee ttiippoo fflleessssiibbiillee
Requisiti minimi prestazionali: sono i medesimi per tubi strutturati
(PE – PP – PVC) che per i tubi compatti tradizionali di PVC
Capacità di far sistema limitata elevatissima
Resistenza abrasione DIN EN 295-3 DIN EN 295-3
Raccorderia e pezzi speciali gamma elevata gamma elevata
Resistenza agli urti EN 744 EN 744
Durabilità (creep) UNI EN ISO 9967 UNI EN ISO 9967
Tenuta idraulica EN 1277 EN 1277
Flessibilità anulare UNI EN 1446 UNI EN 1446
Rigidità anulare (SN) UNI EN ISO 9969 UNI EN ISO 9969
PVC UNI EN 1401 PE corr. UNI 10968
CARATTERISTICHE RICHIESTE
Condotte flessibili
Coonnddoottttee ttiippoo fflleessssiibbiillee
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
Evoluzione
Obbiieettttiivvii ssvviilluuppppoo
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
EEVVOLLUZZIIONEE TTUBBII PPAAREETTEE SSTTRUTTTTURAATTAA
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
PPROFFIILLII Profili
TUBI PE a.d. CORRUGATI TUBI PE a.d. SPIRALATI
DN (d.e.) 40 → 1200 mm DN (d.i.) 500 → 1500 mm
PPREEZZZZII SSCONTTAATTII
Prezzi scontati
agosto 2006 → sconto 52%
prezzi espressi in €/m
1200* 199,392 141,792 151,248 173,938
1000 168,672 93,360 102,864 118,296
800 95,875 133,670 60,384 71,232 81,917
630 54,302 70,070 34,949 36,614 42,106
500 34,358 43,997 20,933 26,525 29,707
400 19,632 24,864 12,715 15,274 17,107
315 12,144 15,408 8,563 10,478 11,736
250 7,776 9,696 5,957 6,595 7,387
SN 4 SN 8 PE SN 4 PE SN 8 PP SN 16
PVC UNI EN 1401 CORRUGATI UNI 10968 De mm
DIIFFFFEEREENZZEE PPREEZZZZII ((€€//m))
Differenze prezzi €/m
rispetto prezzi tubi PE Corrugati
prezzi espressi in €/m
1200* 57,600 ← → 22,690
1000 75,312 ← → 15,432
800 35,491 62,438 ← ← → 10,685
630 19,354 33,456 ← ← → 5,491
500 13,426 17,472 ← ← → 3,182
400 6,917 9,590 ← ← → 1,834
315 3,581 4,930 ← ← → 1,258
250 1,819 3,101 ← ← → 0,792
SN 4 SN 8 PE SN 4 PE SN 8 PP SN 16
PVC UNI EN 1401 CORRUGATI UNI 10968 De mm
DIIFFFFEEREENZZEE PPREEZZZZII ((%))
Differenze prezzi %
rispetto prezzi tubi PE Corrugati
1200* 40,62 ← → 15,00
1000 80,67 ← → 15,00
800 58,78 87,65 ← ← → 15,00
630 55,38 91,37 ← ← → 15,00
500 64,14 65,87 ← ← → 12,00
400 54,40 62,79 ← ← → 12,01
315 41,82 47,05 ← ← → 12,00
250 30,54 47,02 ← ← → 12,01
SN 4 SN 8 PE SN 4 PE SN 8 PP SN 16
PVC UNI EN 1401 CORRUGATI UNI 10968 De mm
PPRODUZZIIONEE TTUBBII CORRUGAATTII PPEE aa..dd..
Produzione corr.
PPRODUZZIIONEE TTUBBII SSPPIIRAALLAATTII PPEE aa..dd..
Produzione Spiral.
CAARAATTTTEERIISSTTIICHEE PPRIINCIIPPAALLII Elenco caratteristiche
Rigidità anulare
Leggerezza
Maneggevolezza
Pieghevolezza
Inerzia chimica
Resistenza agli urti
Resistenza all’abrasione
Tenuta idraulica
Scabrezza
13476 class. rig. an.
UNI 10968
DN ≤ 500 mm: 4 – 8 – 16
DN > 500 mm: 2 – 4 – 8 – 16
SN = E•I/Dm
3
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
CLLAASSSSIIFFIICAAZZIIONEE RIIGIIDIITTAA’’ AANULLAAREE
Il valore SN è determinato da test
eseguito in conformità a UNI EN ISO 9969
LLEEGGEEREEZZZZAA 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
LLEEGGEEREEZZZZAA EE MAANEEGGEEVVOLLEEZZZZAA Leggerezza e
maneggevolezza
leggerezza e maneggevolezza consentono:
> velocità di posa
< costi di cantierizzazione > sicurezza
< sfridi < disagi e costi sociali indotti PPIIEEGHEEVVOLLEEZZZZAA Pieghevolezza La pieghevolezza consente: > possibilità di soluzioni di cantiere
< impiego di pezzi speciali > velocità di realizzazione dell’opera
< costi Raggio di curvatura ≅ 30 De IINEERZZIIAA CHIIMIICAA 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 INERZIA ALLE CORRENTI VAGANTI Resistenza chimica, elettrochimica e biologica delle tubazIoni PE ECCELLENTE REESSIISSTTEENZZAA AAGLLII URTTII 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 REESSIISSTTEENZZAA AALLLL’’AABBRAASSIIONEE Resistenza all’abrasione 1 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. ≅ 20 h ≅ 25 h ≅ 34 h ≅ 50 h ≅ 60 h ≅ 100 h CEMENTO PRFV ACCIAIO PVC GRES PE a.d. Fonte: Politecnico di Darmstadt (D) Resistenza all’abrasione delle tubazioni PE a.d. OTTIMA E CERTIFICATA REESSIISSTTEENZZAA AALLLL’’AABBRAASSIIONEE 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 REESSIISSTTEENZZAA AALLLL’’AABBRAASSIIONEE 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 TTEENUTTAA IIDRAAULLIICAA 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) GIIUNZZIIONII TTUBBII CORRUGAATTII Giunzioni 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 RAACCORDII TTUBBII CORRUGAATTII Raccordi corrugati Esecuzione foro con fresa a tazza Inserimento guarnizione Inserimento bicchiere e tubo Particolare giunzione BBIICCHIIEEREE TTUBBII PPEE aa..dd.. SSPPIIRAALLAATTII Bicchieri Spiralati Schemi profilo SSAALLDAATTUREE TTUBBII PPEE aa..dd.. SSPPIIRAALLAATTII Saldature Spiralati Le tubazioni PE a.d. con profilo di parete strutturato, di tipo Spiralato “Helidur Spiral Pipes Process”, sono saldabili di testa SSCAABBREEZZZZAA PPAAREETTII DII PPEE aa..dd.. Scabrezza Nei calcoli, validi in condizione di esercizio, possono essere utilizzati i seguenti valori di scabrezza Pareti di PVC (0,10) (95) Pareti di cemento in uso (0,23) (70) Pareti di polietilene (0,10) (95) Gauckler – Strickler KS [m⅓ s-1] Bazin γ [m½] TIPO DI CANALIZZAZIONE CONFFRONTTO PPREESSTTAAZZIIONII IIDRAAULLIICHEE PPEE -- CEEMEENTTO 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% TTUBBII CORRUGAATTII Tubi corrugati per sistemi interrati di scarico acque da ∅ 125 mm a ∅ 1.200 mm TTUBBII CORRUGAATTII PPEER DIISSSSIIPPAAZZIIONEE Corrugati 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 TTUBBII CORRUGAATTII FFEESSSSURAATTII PPEER SSIISSTTEEMII DREENAANTTII Tubi corr. drenanti Edilizia - Agricoltura - Strade - Discariche - Ambiente - Biogas TTUBBII CORRUGAATTII PPEER SSIISSTTEEMII CAAVVIIDOTTTTIISSTTIICII IINTTEERRAATTII Tubi corr. cavidotti Protezione cavi elettrici Protezione cavi TLC Protezione cavi ENEL dal ∅ 40 mm al ∅ 200 mm PPOZZZZEETTTTII PPEE prePozzetti