Tubi in Ghisa - Dipartimento di Ingegneria delle Acque e di Chimica

Evoluzioni e principali
caratteristiche delle
tubazioni in ghisa
sferoidale
Ing. Vito Loconsole
Area Manager Puglia,Molise,Basilicata
Saint-Gobain Condotte

Definizione delle ghise
• Una classificazione dei prodotti ferrosi può essere stabilita in funzione
del tenore di carbonio nel metallo di base : la ghisa contiene da 1,7 a
5% di C
• La ghisa è un materiale multi-fase,a struttura complessa , i costituenti
più ricorrenti sono : ferrite e perlite
• Il Silicio ( 1-3% ) fa della ghisa una lega ternaria:ferro,carbone,silicio
• Le “ghise” ( lega Fe-C-Si ) si classificano secondo lo stato della grafite
, con una differenziazione supplementare dovuta alla struttura della
matrice metallica
(ferrite,perlite,…)

La ghisa grigia
Nella ghisa grigia la grafite si
presenta sotto forma di
lamelle ,da cui deriva il nome
di ghisa a grafite lamellare .
Ciascuna di queste lamelle
sotto una concentrazione di
forze anormali innescano un
inizio di fessura e quindi di
successiva rottura .
La ghisa a grafite lamellare : un materiale fragile

La ghisa sferoidale
La ghisa a grafite sferoidale :
Nella ghisa sferoidale,
ghisa a grafite
sferoidale, il carbonio si
cristallizza sotto forma
di piccole sfere.
Le linee di propagazione
delle possibili rotture
sono così eliminate.
un materiale elastico e resistente

Ieri
La ghisa sferoidale
Oggi
Ghisa a grafite lamellare Ghisa a grafite sferoidale
Materiale
fragile
Materiale
Elastico e resistente

Le notevoli proprietà meccaniche
della ghisa sferoidale
Resistenza alla trazione
(Rm > 420 Mpa)
Allungamento ( 10%)
Elasticità
(Re > 270 Mpa)
Resistenza agli urti
Prova di flessione longitudinale con
carico sull’esterno di un tubo DN 100

L’attitudine a
sopportare i
carichi
Resistenza
meccanica

Resistenza alle sollecitazioni
meccaniche
Comportamento sotto carico:
Le condotte sotto carico si possono dividere in tre
categorie in funzione della reazione ai carichi esterni:
Tubi rigidi
Tubi flessibili
Tubi semirigidi
Sistema suolo-tubo:
L’interazione delle condotte con il sistema circostante
dipende dalla rigidità o dalla flessibilità di queste
ultime e comporta obblighi di posa differenti

Resistenza alle sollecitazioni
meccaniche
Caso tubi rigidi: esempio tubazioni in c.l.s., cemento
armato, gres
Tutti i carichi statici e dinamici sono
sostenuti dal tubo e questo induce a forti
compressioni di flessione nella parete,
con concentrazioni di carico nella
generatrice superiore e inferiore.
La resistenza del sistema è quindi
fortemente dipendente dall’angolo di
appoggio α, quindi dalla preparazione del
letto di posa, soprattutto in presenza di
carichi mobili.
I tubi rigidi ammettono solo una piccola
ovalizzazione prima della rottura.

Resistenza alle sollecitazioni
meccaniche
Caso tubi flessibili: esempio materiali plastici, PVC,
PEAD, HPO3
I tubi flessibili subiscono, senza rompersi,
una grande deformazione.
Il carico verticale dei terreni è bilanciato
solo dalle reazioni di appoggio laterale del
tubo sul rinterro circostante.
La stabilità del sistema è fortemente
dipendente dalla capacità del rinterro a
generare una reazione passiva d’appoggio
e dal modulo di reazione (E I ) e quindi dalla
qualità del rinterro e soprattutto dal suo
costipamento.

Resistenza alle sollecitazioni
meccaniche
Caso tubi semi-rigidi: esempio tubazioni in ghisa sferoidale
I tubi semi-rigidi si ovalizzano sufficientemente
affinché una parte del carico verticale trasmesso
dai terreni mobilita l’appoggio laterale sul rinterro.
Gli sforzi messi in gioco sono le reazioni passive
di appoggio da parte del rinterro e gli sforzi di
flessione interna nella parete del tubo.
La resistenza al carico verticale è così ripartita tra
quella propria del tubo e quella del rinterro
circostante in quanto il contributo di ognuno di
questi è funzione del rapporto delle rigidità tra
tubo e suolo.
Le tubazioni in ghisa sferoidale rappresentano un ottimo compromesso fra
resistenza ai carichi e sforzi di deformazione, garantendo la sicurezza di
funzionamento nel tempo.

Sollecitazioni Meccaniche
Sicurezza ed economia di posa
Una condotta interrata è sottoposta a carichi verticali
che essa trasmette al terreno attraverso il letto di posa e
il rinfianco
E’ una interazione tra tubo e terreno
L’ottima resistenza meccanica della tubazione in ghisa
sferoidale permette:
• di limitare al minimo la preparazione del letto di posa
• di superare alcune aleatorietà di posa
• di resistere alle variazioni nel tempo dell’ambiente di
posa
Rinfianco
Terreno
Letto di posa

La centrifugazione dei tubi
Tubi di grande diametro
Estrazione di un tubo

Rivestimento esterno
Zinco metallico + vernice
Zinco applicato per proiezione
• Composizione
• Zinco metallico 200 g/m 2
(+50% in rapporto alle
specifiche delle norme,
130 g/m 2 )
• Vernice
• Conformità alle norme
• UNI ISO 8179 Parte 1
• UNI EN 598 – UNI EN 545

Zinco : il meccanismo di protezione
Protezione attiva
Ioni Zn ++
Ghisa
Prodotti di
corrosione dello zinco
Lesione
Formazione di una pellicola stabile di protezione
Autocicatrizzazione delle lesioni
Corrente i
Protezione
duratura delle
condotte

Protezione dello zinco
Cicatrizzazione di una lesione
Sperimentazione fatta al Centro di Ricerca di SAINT-GOBAIN PAM :
- due lesioni identiche su provette in ghisa rivestita
- provette immerse 1 anno in un ambiente salino estremamente corrosivo
SENZA ZINCO
Corrosione oltre la lesione
CON ZINCO
sali di zinco nella lesione

Nuova Gamma di tubi e raccordi in ghisa sferoidale
Acqua Potabile e Irrigazione
DN 60 a DN 600
Con un nuovo sistema attivo di protezione esterna

Rivestimento NATURAL
Grammatura
Esempio di
comportamento in
ambiente corrosivo
Durata di protezione
attiva (anni)

Rivestimento NATURAL
Zn + VBI
Tura pori
Prodotto di
trasformazione
Zn Zn Al
Zn Al Al + epoxy
50 µm 50 µm
Ghisa
•Esame ottico dei prodotti di di trasformazione dello Zn e dello Zn Al Al
Dopo 10 10 anni (88-98) – Terreno di di Mont Saint-Michel (ρ (ρ = 110 Ω.cm)

• Appendice D
(informativa)
NORMA UNI EN 545
Campo di impiego, caratteristiche dei terreni
• D.1
• I tubi in ghisa sferoidale conformi a quanto riportato in 4.4.2 e i raccordi ed accessori in ghisa
sferoidale conformi a quanto riportato in 4.5.2 possono essere interrati a contatto con un grande
numero di tipi di terreno che possono essere identificati a mezzo di studi sui terreni da eseguire sul
posto, ad eccezione di:
• terreni che presentano una bassa resistività, minore di 1 500 Ω·cm al di sopra della falda freatica,
oppure minore di 2 500 Ω·cm; al di sotto della falda freatica ;
• terreni misti, per esempio comprendenti due o più nature di suolo;
• terreni con un pH inferiore a 6 ed un forte effetto tampone acido ;
• terreni contenenti rifiuti,cenere,scorie o contaminati da prodotti di scarto o da effluenti organici od
industriali.
• In tali tipi di terreni, ed anche in presenza di correnti vaganti o di sorgenti di corrosione derivanti da
strutture metalliche esterne, si raccomanda di ricorrere ad una protezione supplementare (manicotti di
polietilene) oppure ad altri tipi di rivestimenti esterni, secondo quanto risulti oppurtuno (vedere 4.4.1
e 4.5.1).
• Un aumento della massa di zinco (per esempio 200 g/m²) combinata con uno strato di finitura
rinforzato, (per esempio 100 µm di resina poliuretanica o epossidica) possono estendere il campo di
applicazione fino ad una resistività di 1500 Ω·cm al di sotto del livello della falda freatica.

NORMA UNI EN 545
• D.2
• I tubi in ghisa sferoidale muniti di un rivestimento esterno in zinco-alluminio (85Zn-15Al) avente
una massa minima di 400 g/m² con uno strato di finitura, e i raccordi in ghisa sferoidale muniti di un
rivestimento elettrodepositato avente uno spessore minimo di 50 µm applicato su di una superficie
granigliata e fosfatata oppure muniti di un rivestimento epossidico aventi uno spessore medio di
almeno 150 µm, possono essere interrati al contatto della maggior parte dei suoli, ad eccezione di :
• terreni torbosi acidi;
• terreni contenenti rifiuti,cenere,scorie o contaminati da prodotti di scarto o da effluenti organici od
industriali ;
• terreni sotto la falda freatica marina aventi una resistività inferiore a 500 Ω·cm.
• In tali tipi di terreni, ed anche nell'eventualità di correnti vaganti, si raccomanda l’utilizzo di altri tipi
di rivestimento esterni adattati ai suoli più corrosivi (vedere 4.4.1 e 4.5.1).
• D.3
• I tubi ed i raccordi in ghisa sferoidale muniti dei seguenti rivestimenti esterni possono essere interrati
in terreni aventi un qualsiasi livello di corrosività:
• rivestimento in polietilene estruso(tubi) ;
• rivestimento in polliuretano (tubi e raccordi) ;
• rivestimento in resina epossidica avente uno spessore medio di almeno 250 µm (raccordi ) ;
• rivestimento in malta cementizia rinforzato con fibre (tubi) ;
• nastri adesivi (tubi e raccordi).

Benefici del NATURAL
Estensione del campo di utilizzo
Offerta di Base
Zinco metallico
(Tubi)
Vernice bituminosa
(Raccordi)
IDEM
+
manicotto polietilene
RAPIDO TT
NATURAL
Gamma 60 a 300
Zinco-Alluminio
(Tubi)
Epoxy azzurro
(Raccordi)
RAPIDO TT

Il rivestimento dei raccordi
Sostituzione della vernice nera bituminosa tradizionale specificata dalle norme
Pezzi grezzi di fonderia
• Sabbiatura (SA 2,5)
Trattamento chimico di passivazione
(fosfatazione allo zinco)
Rivestimento di epoxy azzurro per cataforesi pellicola
regolare e uniforme (70 µm)

Centrifugazione della malta di cemento
Rivestimento interno
Malta di cemento
• Applicato per centrifugazione
• superficie liscia
• densa e compatta
• aderente alla ghisa
• bassa scabrezza ( K=0,03 )
• Conforme alle norme
• UNI ISO 4179
• UNI EN 598 - UNI EN 545

Il cemento interno a protezione del
tubo e dell’acqua potabile
• Meccanismo di protezione:
Il rivestimento interno non è una semplice barriera ma agisce da
passivante perché la malta di cemento assorbendo l’acqua si
arricchisce di elementi alcalini diventando così non corrosiva in
corrispondenza della parete metallica
• Riempimento delle fessurazioni :
Le crepe che si possono formare si richiudono sotto l’effetto combinato
di due reazioni :
- rigonfiamento della malta di cemento durante immersione in acqua
- idratazione degli elementi costitutivi del cemento

Malta di cemento
Resistenza meccanica
Resistenza alla flessione longitudinale
(tubi di piccolo diametro)
Resistenza all’ovalizzazione
(tubi di grande DN)

Malta di cemento
Capacità idrauliche nel tempo
Indagine realizzata negli USA su condotte in ghisa rivestite internamente con
malta di cemento
(C secondo HAZEN-WILLIAM e k secondo COLEBROOK-WHITE)
DN Anno di
posa
Prova
(anni)
150 1941 12
16
250 1925 32
39
300 1928 29
36
700 1939 19
25
Valore di
C
146
143
135
138
137
146
148
146
Fonte: Miller - Durability of cement mortar in cast iron pipes -
Journal AWWA June 1965
Valore di
k (mm)
0,019
0,060
0,135
0,098
0,119
0,030
0,027
0,046

Per il dimensionamento idraulico delle condotte ed i calcoli delle
perdite di carico, si ritiene :
K = 105 Formula di
MANING
STRICKLER
Malta di cemento
Capacità idrauliche
k = 0,1 mm Formula di
COOLEBROOK
WHITE
Scorrimento a pelo libero
Scorrimento a gravità con
condotta piena
Scorrimento in pressione
Eccellenti condizioni di scorrimento idraulico
che si conservano nel tempo

Capacità idrauliche
Le prestazioni del sistema
• Malta di cemento centrifugata
• Parete interna liscia
• Scorrimento facilitato
• DI equivalente al DN
• Sicurezza disponibile per le portate più
elevate (punte, nuove urbanizzazioni)
• Dimensionamento delle reti ottimizzato
• Tubi rettilinei e non deformabili
• Affidabilità e flessibilità dei giunti
• Rispetto della livelletta
• Mantenimento nel tempo della scabrezza

Il giunto RAPIDO
Principio di funzionamento
Estremità liscia
Bicchiere
Guarnizione
Il giunto RAPIDO è un giunto automatico :
La tenuta è garantita dall’accoppiamento,
per la compressione radiale dell’elastomero

Il giunto STANDARD
RAPIDO
• Gamma completa
• DN 60 a 2000
• Eccellente tenuta idraulica
• Flessibilità
• deviazione angolare
• gioco assiale
• Semplicità di posa
• Discontinuità elettrica
• Pressione > 20 bar

Il giunto RAPIDO
Tenuta alla pressione interna
Pressione di contatto
Pressione di
contatto
Pressione del fluido
Pressione di
contatto
Compressione
iniziale
Sicurezza
Pressione del fluido
La concezione del giunto Rapido permette alla pressione di contatto tra
La guarnizione ed il metallo di aumentare quando cresce la pressione interna

Il giunto RAPIDO
Tenuta alla pressione
• La tenuta alla pressione interna è elevata
• Pressione di Funzionamento Ammissibile
PFA da 64 a 25 bar secondo i DN
• Tenuta alla pressione esterna
• all’acqua, 3 bar
• all’aria, 7 bar
(risultato di un test di tenuta all’aria)
• Resistenza al vuoto conforme alle EN 598 EN 545
• 0,5 bar in continuo
• 0,8 bar occasionalmente
Test di tenuta all’aria del
giunto RAPIDO

Il giunto RAPIDO
Flessibilità
• Deviazioni angolari elevate
• Curve a grande raggio senza utilizzo di
raccordi
• Adattabilità a modifiche del tracciato
• In combinazione con il gioco assiale,
assorbimento di
• movimenti dei terreni
• Deboli dilatazioni

Cedimenti ammissibili
Esempio di cedimento ammissibile grazie alla deviazione
sui giunti
Cedimento: ΔH = L tag Φ
Scorrimento assiale: ΔL = (ΔH 2 + L 2 ) L/2 –L
Lunghezza del tubo (in metri): L
Deviazione angolare ammissibile: Φ
Esempio
Per ΔH = 0,30 m nel DN 200
Φ= 3° (4° ammissibile)
ΔL = 7 mm (20 mm ammissibili con giunto RAPIDO

Il giunto RAPIDO
Semplicità di posa
Semplicità
• facilità di posa
• cadenze di
posa
• affidabilità
Bassi costi
Spinta d’imbicchieramento necessaria per la compressione della guarnizione

Pressioni di funzionamento
UNI EN 545/2002
PFA = Pressione funzionamento
ammissibile
PMA= Pressione massima
ammissibile
PEA= Pressione esercizio
ammissibile
Tableau A.1
Classe d’épaisseur
DN Classe 40 K9 K10
PFA PMA PEA PFA PMA PEA PFA PMA PEA
40 64 77 82 85 102 107 85 102 107
50 64 77 82 85 102 107 85 102 107
60 64 77 82 85 102 107 85 102 107
65 64 77 82 85 102 107 85 102 107
80 64 77 82 85 102 107 85 102 107
100 64 77 82 85 102 107 85 102 107
125 64 77 82 85 102 107 85 102 107
150 62 74 79 79 95 100 85 102 107
200 50 60 65 62 74 79 71 85 90
250 43 51 56 54 65 70 61 73 78
300 40 48 53 49 59 64 56 67 72
350 40 48 53 45 54 59 51 61 66
400 40 48 53 42 51 56 48 58 63

Tubi acqua e fognatura
Rivestimenti interni
INTEGRAL RAP .PH 1 NG
• Rivestimento interno
• poliuretano
RAPIDO PUR
DN 80 a 2000
• Per trasporto di effluenti a forte aggressività, con pH da 1 a 13 o per
acque molto dolci o leggermente mineralizzate con pH inferiore a 5.5.

Rapido Vi
I giunti antisfilamento
Universal Ve

Perché scegliere i giunti
•Resistere alle spinte idrauliche
•Evitare i blocchi d’ancoraggio
(sottosuolo occupato)
•Posa in forte pendenza
antisfilamento ?
•Casi di posa con trazione della condotta
• posa in immersione
• posa in galleria
• posa senza trincea

Acque di Pioggia
La soluzione in Ghisa Sferoidale
• Permette il collettamento delle Acque di Pioggia utile per la
parzializzazione delle portate ai depuratori ed anche per
riutilizzazioni successive eventuali delle acque stesse.
• Per tenuta idraulica, resistenza ai carichi, alle pressioni
offre lo smaltimento in sicurezza di importanti Portate
d’Acqua.
• Utilizzata anche per il trasporto delle acque reflue, nere e
miste si è estesa ai sistemi di stoccaggio intermedio specie
per le acque di prima pioggia.
• Giunti a perfetta tenuta, elevata resistenza meccanica,
concepiti per la lunga durata ed affidabilità nel tempo.

• Il Collettamento delle piogge a monte
e superficiali.
• Preservare la capacità di
assorbimento della fognatura.
• Stoccaggio delle acque di pioggia.
• Restituzione delle acque immagazzinate
con portata costante e regolata.
Acque di pioggia
I serbatoi condotta di Crosne; Marsiglia;
Hetomesnil e molti altri sono stati realizzati per:
• Offrire una valida soluzione anche in
caso di pendenze.

Acque di Pioggia
ESEMPI di REALIZZAZIONI PLUVIAL
PER LO STOCCAGGIO INTERMEDIO

Tubi e Raccordi acqua e fognatura
Protezione rinforzata
• Condizioni estreme di
corrosività dei terreni
• paludi
• torbiere
• falde freatiche salate
• Terreni inquinati
• discariche industriali

Tubi acqua e fognatura
Protezione rinforzata
RIVESTIMENTO TT
•Rivestimento esterno
• Poliuretano e/o Polietilene coestruso o ad avvolgimento
•Per terreni con livelli di corrosività elevati
DN 60 a 2000

Composizione delle reti esaminate per classi di
diametro (mm)espresse in valori lineari (m).

Tab.4.7 Tassi di fallanza distinti per materiale
ACCIAIO FIBRO
CEM.
GHISA
GRIGIA
POLIETI
LENE
PVC
GHISA
SFEROID
BOLOGNA 0,020 0,157 0,324 ND ND ND
REGGIO 0,000 0,253 0,876 0,055 0,102 ND
IMOLA ND 0,068 0,166 0,261 0,019 ND
FERRARA 0,452 0,216 0,424 ND ND 0,064
PIACENZA ND ND 0,229 ND ND 0,000
RAVENNA ND 0,170 0,222 ND ND ND
VALORE
MEDIO 0,157 0,173 0,373 0,158 0,061 0,032

I bisogni di infrastrutture idriche
in Italia
il 42% delle risorse idriche immesse nel
sistema non raggiunge l’utente l utente finale
il 16% dei Comuni Italiani non è servito da
fognature
il 50% dei Comuni sono privi di depuratore
Età Et media delle strutture varia da:
32 anni per le opere di adduzione
30 anni per le reti
Fonte: Comitato di Vigilanza per le Risorse Idriche

Un’offerta di sistemi completi
Acqua e
Fognatura
Adduzione d’acqua
Irrigazione-Fognatura
Pezzi speciali ed
apparecchiature
Voirie Edilizia
Accesso alle reti
di fognatura
Drenaggio superficiale
Accesso reti tecniche
Sistemi
di raccolta
acque di scarico
da edifici

Accesso alle Reti
Chiusini - Griglie

I PRINCIPALI CRITERI DI SCELTA …
anche per soluzioni ottimizzate
PER I CHIUSINI :
• Intensità del traffico.
• Frequenza d’ispezione.
PER LE GRIGLIE E LE CADITOIE :
• Tipologia del bordo strada o del pozzetto.
• Tipo di raccolta delle acque.

DISPOSITIVI DI CORONAMENTO E CHIUSURA
Norma di riferimento: UNI EN 124
Scelta e posizionamento dei chiusini

DISPOSITIVI DI CORONAMENTO E CHIUSURA
La classe appropriata dei dispositivi di coronamento e di chiusura da
utilizzare dipende dal luogo dell’impiego.
Sono stati divisi in gruppi da 1 a 6 come indicato in figura.
La scelta della classe appropriata ricade sotto la responsabilità del
progettista. In caso di dubbio è opportuno scegliere la classe
superiore.
Gruppo 1 (Classe A 15 minima )
Zone che possono essere utilizzate esclusivamente da pedoni e
ciclisti
Gruppo 2 (Classe B 125 minima)
Marciapiedi, zone pedonali ed assimilabili, aree di sosta e parcheggi
multipiano per automobili
Gruppo 3 (Classe C 250 minima)
Per dispositivi di coronamento dei pozzetti di raccolta installati nella
zona dei canaletti di scolo lungo il bordo dei marciapiedi che,
misurata partendo dal bordo, si estenda per 0,5 m al massimo nella
carreggiata e per 0,2 m al massimo sul marciapiede.

DISPOSITIVI DI CORONAMENTO E
CHIUSURA
Gruppo 4 ( classe D 400 minima):
Carreggiata di strade (comprese le vie pedonali), banchine transitabili
e aree di sosta, per tutti i veicoli stradali
Gruppo 5 ( classe E 600 minima):
Aree soggette a forti carichi per asse, per esempio pavimentazioni di
porti ed aeroporti
Gruppo 6 ( classe F 900) :
Aree soggette a carichi per asse particolarmente elevati, per esempio
pavimentazioni di aeroporti

CHIUSINI
URBAMAX - KORUM - PAMREX - REXEL
URBAMAX F900-E600 F900 E600
PAMREX,KORUM, REXEL D400

GRIGLIE PAMREX – REXEL – AXAM
TRANSLINEA e MECALINEA
PAMREX REXEL AXAM D400
-
TRANSLINEA E600, D400 MECALINEA D400

SELECTA
EN124 classe C250
Caditoie e Griglie
autobloccanti

Apparecchiature
per reti idriche

Organi di protezione
Idranti
Gamma
Valvole di sezionamento
Valvole di regolazione
Giunzioni
Derivazione di utenza
Manutenzione

La ghisa sferoidale,
un materiale completamente
riciclabile
La ghisa è riutilizzabile senza
limiti ne degrado delle proprietà
Essa è riutilizzata al 100% come
materia prima negli impianti di
fusione metallurgici classici :
Altoforni
Cubilotti

Grazie per l’attenzione
www.pamline.it
www.pamline.it