Cemento armato ordinario e precompresso per i tubi - Ordine degli ...

MATERIALI.
Cemento armato ordinario e precompresso
per i tubi destinati ai grandi acquedotti
INFORMAZIONE 111
IN SARDEGNA LA CONFERMA DELLA BONTÀ DI UNA SOLUZIONE SPERIMENTATA DA DECENNI
1. Premessa.
Vi sono oggi in esercizio, solo nella Sardegna Meridionale,
circa 400 km di condotte di vario diametro, realizzate
con tubi in cemento armato ordinario o precompresso, prodotte
negli stabilimenti industriali di Cagliari e Porto Torres.
Alcune di queste condotte sono in esercizio da oltre 50 anni
e alla data odierna sono perfettamente funzionanti, senza
mai dare problemi di manutenzione, salvo rare eccezioni.
Problemi di ammaloramento si sono invece manifestati in
corrispondenza delle deviazioni planimetriche ed altimetriche,
degli scarichi e degli sfiati, tutti realizzati in acciaio e ghisa,
per la nota fragilità di questi materiali, quando sono impiegati
in ambienti chimicamente aggressivi. Notevoli problemi
hanno creato anche le apparecchiature di manovra, realizzate
tutte in ghisa.
Nel numero 108 di Informazione è stato pubblicato un
articolo nel quale si esprime un giudizio sostanzialmente negativo
sui tubi in calcestruzzo armato, dovuto forse ad una
scarsa conoscenza del prodotto. Con la presente nota si vuole
brevemente illustrare il processo industriale col quale sono
prodotti questi manufatti e le modalità d’impiego in situazioni
particolari.
2. Cenni storici.
I primi tentativi per impiegare il calcestruzzo armato
nella costruzione degli acquedotti risalgono alla fine dell’Ottocento,
ed alle iniziali condotte gettate in opera si affiancarono
ben presto i primi acquedotti costruiti mediante la giunzione
di tubi in cemento armato prefabbricati in appositi impianti.
Dopo l’esito positivo dei primi esperimenti, fu chiaro ai
progettisti che questa tipologia di materiale era particolarmente
adatta per realizzare condotte di medio e grande diametro.
Nel 1909 la Società Vianini di Roma introdusse in
Italia il processo di centrifugazione nella fabbricazione industriale
dei tubi in calcestruzzo armato. Il nuovo prodotto fu
impiegato con esito positivo nella costruzione di alcune
diramazioni dell’Acquedotto Pugliese e si diffuse rapidamente
anche in altri stati europei.
Agli inizi degli anni Trenta fecero la loro comparsa sul
mercato i primi tubi in calcestruzzo armato precompresso. Il
problema della loro costruzione fu affrontato in diversi modi
negli stabilimenti europei e statunitensi dove si erano affermate
società di grande rilievo. In Francia operavano la
Socoman e la Freyssinet, in Norvegia la Premo e negli Stati
Uniti erano molto attive la Miller & Osweiler e la Lock Joint,
che diedero un notevole impulso al perfezionamento ed alla
diffusione del prodotto. Nel 1934 fu realizzato in Italia, dalla
L’AUTORE.
L’ingegnere Romano Sandri,
iscritto all’Albo d’oro
dell’Ordine di Cagliari,
è stato responsabile tecnico
e amministratore delegato
della Ferrocemento/Gecopre.
telefono: 070.493482
e-mail: rsandri@tiscali.it
Società Vianini, per conto della Montecatini di Crotone, il primo
acquedotto con tubi in calcestruzzo armato precompresso.
Erano manufatti con giunto a cordone e bicchiere, del diametro
di 800 mm, lunghi 3,50 metri e dimensionati per sopportare
una pressione massima di 10 atm.
Nonostante alcuni insuccessi iniziali, motivazioni tecniche
ed economiche hanno contribuito al progressivo diffondersi
in tutto il mondo di acquedotti di medio e grande diametro
costruiti con tubi in calcestruzzo armato. La necessità di
trasportare grossi volumi d’acqua a grandi distanze, e le ovvie
considerazioni idrauliche, hanno indotto i progettisti a preferire
la tubazione unica rispetto ad altre soluzioni più complesse
e soprattutto molto più onerose.
Occorre tenere presente che il calcestruzzo, per alcune
sue caratteristiche, mal si presta a soddisfare tutti i requisiti
peculiari richiesti dai tubi per condotte in pressione. La limitata
resistenza e la scarsa plasticità nelle sollecitazioni di trazione,
una certa fragilità e permeabilità nei piccoli spessori
apparivano tipicamente sfavorevoli per quell’impiego. Né l’introduzione
delle armature di ferro poteva risolvere in termini
soddisfacenti, anche dal punto di vista economico, il problema
delle medie ed alte pressioni nei grandi diametri poiché,
per l’alto rapporto fra i moduli di elasticità dei due materiali,
il limite di fessurazione del calcestruzzo impone una utilizzazione
modesta e non conveniente delle armature.
Il problema delle giunzioni, che inizialmente si ispirava
alle modalità usate per i tubi di ghisa (ottenere la tenuta
mediante guarnizioni di piombo calcate a freddo) non appari-
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va soddisfacente e fu definitivamente risolto con la messa a
punto di guarnizioni elastiche in gomma di ben studiate caratteristiche.
D’altra parte, si riconoscevano al calcestruzzo requisiti
interessanti, quali la relativa economicità dei materiali impiegati,
la attitudine a realizzare grandi diametri, la bassa
scabrezza idraulica, la maggior resistenza rispetto all’acciaio
ed alla ghisa nei riguardi delle azioni aggressive dell’acqua
trasportata e dell’ambiente di posa. I miglioramenti furono
conseguiti con l’uso di appropriati inerti, secondo ben studiate
distribuzioni granulometriche, con la riduzione dei rapporti
acqua/cemento negli impasti e con l’adozione di procedimenti
di fabbricazione dei tubi atti ad eliminare qualsiasi residuo
eccesso di acqua ed a conferire particolare compattezza ai
getti. Questi accorgimenti hanno consentito di elevare la
resistenza a trazione, di ridurre la fragilità, di eliminare praticamente
la permeabilità anche in piccoli spessori.
Una delle tappe più significative per lo sviluppo della
tecnica progettuale e costruttiva delle condotte di calcestruzzo
fu l’introduzione della precompressione, che ha condotto
alla possibilità di ridurre o eliminare le sollecitazioni di trazione
nel calcestruzzo. Ma il salto qualitativo più importante lo si
ottenne trasferendo la produzione dei tubi dai cantieri a stabilimenti
attrezzati con adeguati impianti fissi e sistemi di
controllo capillare in ogni fase della lavorazione.
3. La sperimentazione in Sardegna.
Nei primi anni Cinquanta furono avviate anche in Sardegna,
dalla Ferrocemento, le prime sperimentazioni per la
prefabbricazione di tubi in calcestruzzo armato ordinario e
precompresso. Si può ascrivere a questo ciclo sperimentale
la realizzazione del primo acquedotto del Mulargia, che andò
incontro ad un parziale insuccesso per l’errata progettazione
dei tubi in cemento armato precompresso impiegati in alcune
tratte. L’errore consisteva nella carente protezione dell’acciaio
di precompressione, che tendeva a degradare rapidamente,
causando la rottura del tubo.
Anche il grande sifone a doppia canna di Segariu, costruito
con l’impiego di tubi in cemento armato precompresso
del diametro interno di metri 3,20, si può ascrivere a questo
ciclo sperimentale. Si tratta di una realizzazione notevole, che
fa parte degli impianti del Medio Flumendosa previsti per una
triplice utilizzazione: potabile, irrigua ed idroelettrica. Il sifone,
realizzato per conto dell’Ente Autonomo del Flumendosa,
è inserito nel grande canale adduttore, lungo 20 km, che inizia
in località Sarais e attraversa il territorio della Trexenta
fino alla località Santu Miali.
Il sifone attraversa la valle del rio Pau Sebera in località
Segariu per una lunghezza di circa 975 metri ed è costituito
dai due manufatti di raccordo con il canale e da due
condotte parallele costituite ciascuna da 188 tubi della lunghezza
di m. 5,00, interrotte da tre blocchi per deviazioni
planimetriche ed altimetriche. La sua portata normale è di
48 m 3 /1" e quella eccezionale di 54 m 3 /1", cui corrispondono
rispettivamente le velocità medie di 3,00 e 3,36 m/1".
I tubi delle due condotte, costruiti in uno stabilimento a
Cagliari, hanno diametro interno di m. 3,20, una lunghezza di
m. 5,00 ed uno spessore del nucleo di 14 cm. Lo spessore
Materiali
del calcestruzzo di rivestimento è di 3 cm. Il tubo-nucleo ha
una leggera armatura metallica per il collegamento del calcestruzzo
e per conferire al tubo una resistenza sufficienti
durante le manovre. I tubi-nucleo sono stati gettati in posizione
verticale entro due casseforme metalliche sistemate su
appositi piazzole e munite dei teli filtranti per il trattamento
vacuum-concrete, che associa alla vibrazione l’assorbimento
dell’acqua eccedente, conferendo al calcestruzzo una grande
compattezza, indispensabile per la tenuta idraulica. Il getto è
stato eseguito con sola vibrazione fino a riempimento completo
dello spazio anulare tra le due casseforme e poi congiuntamente
con vacuumizzazione e vibrazione.
Successivamente i tubi nucleo sono stati precompressi
trasversalmente con l’avvolgimento progressivo, sotto tensione
a partire da un estremo, di filo d’acciaio del diametro di
5 mm ad altissima resistenza, di produzione tedesca, che ha
un carico di rottura di 187 kg/mm 2 . La protezione di questo
filo è assicurata da un rivestimento in calcestruzzo dello spessore
di cm 3 gettato tra il tubo-nucleo ed una cassaforma
metallica verticale, con l’ausilio di vibratori elettrici ad alta
frequenza, che entravano in funzione progressivamente man
mano che veniva riempito lo spazio anulare tra tubo nucleo e
cassaforma; seguiva una stagionatura di circa 5 ore in ambiente
umido con vapore saturo.
In conseguenza della speciale natura aggressiva delle
terre impiegate nel ricoprimento delle condotte, si è reso necessario
un ulteriore intonaco di protezione, ottenuto con l’applicazione
di una spalmatura di mastice bituminoso seguita
dalla stesa di un tessuto di vetro reticolare prebitumato e da
una seconda spalmatura di mastice bituminoso. All’esterno si
è poi applicato uno straterello di latte di calce. I giunti sono
del tipo ordinario a bicchiere e cordone, impiegando come
elemento di ristagno un anello di gomma.
Per i calcoli statici si è tenuto conto dell’andamento
altimetrico del sifone, suddividendo i tubi in sei classi in dipendenza
del carico idrostatico H sulla generatrice interna
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A sinistra: tubi in calcestruzzo
armato, la fase di precompressione
trasversale del nucleo.
A destra: rivestimento cementizio
della spirale
di precompressione.
superiore, espressa in metri di colonna d’acqua. Tale carico
varia da 10 per la classe 1 a 42 metri per la classe 6. Nel
calcolo si è presa in considerazione la possibilità che il rivestimento
sia in grado di collaborare efficacemente alla resistenza
del tubo e poi si è verificato che, anche nel caso limite
che nelle zone tese si verificasse una diminuzione di resistenza
del rivestimento, il tubo nucleo rimanesse comunque
sempre compresso. L’opera, che è tuttora in funzione, si è
dimostrata valida fin dal collaudo ed è stata una chiara dimostrazione
della validità dei procedimenti di fabbricazione dei
grandi sifoni, anche se lo stabilimento di produzione si trova
ad un certa distanza dal luogo d’impiego.
4. Produzione industriale.
Le esperienze positive fatte col sifone di Segariu e con
altre condotte minori furono applicate in nuovo stabilimento
industriale che la Ferrocemento Sarda realizzò in quegli stessi
anni nel comune di Assemini, per la produzione su scala industriale
di tubi in cemento armato ordinario e precompresso,
utilizzando sia il procedimento della centrifugazione sia quello
del getto in verticale associato al vacuum concrete.
5. Sistemi di fabbricazione.
Per la fabbricazione dei tubi in cemento armato ordinario
e dei nuclei dei tubi in cemento armato precompresso di
medio diametro fu adottata la tecnologia, allora più diffusa,
della centrifugazione. Essa consiste nel far ruotare degli stampi
metallici contenenti la gabbia d’armatura in una macchina
appositamente progettata, in grado di imprimere allo stampo
una rotazione a velocità variabile. Il calcestruzzo è uniformemente
distribuito nello stampo in rotazione da un nastro
trasportatore e costipato per effetto della centrifugazione associata
alla rullatura ed alla vibrazione applicata allo stampo.
Nella fabbricazione dei tubi in cemento armato precompresso
si adottò un procedimento a struttura mista, che
consisteva nell’avvolgere una spirale di precompressione trasversale
sul nucleo ottenuto per centrifugazione. La spirale di
acciaio ad altissima resistenza è successivamente protetta
da un rivestimento cementizio e da un manto bituminoso.
Nei tubi di grandi dimensioni, con diametro superiore a
2,50 metri, si adottò un sistema di fabbricazione con
casseforme verticali, analogo a quello usato per la produzione
dei tubi impiegati nel sifone di Segariu, e questo per evitare
il fenomeno di ricaduta del calcestruzzo fresco in fase di
centrifugazione del nucleo.
6. Descrizione e campi di applicazione.
I tubi in cemento armato ordinario sono impiegati normalmente
per condotte aventi una pressione di esercizio variabile
da 2 a 4 bar. La pressione massima di esercizio che
questi tubi accettano varia in ragione inversa al diametro del
tubo considerato. L’armatura del tubo è costituita da una gabbia,
realizzata mediante avvolgimento su aspo apposito di un
tondino d’acciaio ad aderenza migliorata, di diametro e passo
determinati dal calcolo statico. Ultimato il getto e la
centrifugazione, il tubo con relativo cassero è immesso in una
camera di vapore saturo per accelerare la stagionatura del
calcestruzzo e dopo il disarmo in una vasca colma di acqua
per completare la maturazione.
Il tubo in calcestruzzo è in sostanza una struttura in cemento
armato soggetta anche a sollecitazione di trazione. La
sua sezione omogeneizzata (Ai = Ac + nAf) deve resistere sia
alla sollecitazione dovuta ai carichi esterni (carico della terra e
carichi accidentali) sia a quelle dovute alla pressione del liquido
contenuto. Dalla combinazione di questi carichi deriva nel
tubo uno stato di sollecitazione mista di compressione e trazione
che il calcestruzzo deve sopportare senza fessurarsi. Nel
tubo in cemento armato ordinario si tollerano sollecitazioni di
trazione nel calcestruzzo dell’ordine di 15÷20 kg/cm 2 .
Tutti i tubi, prima del loro utilizzo, sono sottoposti ad
una pressione di prova pari a quella di esercizio incrementata
del 50% e sono mantenuti in questo stato di sollecitazione
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per un tempo prestabilito. Quelli che presentano delle perdite
idrauliche o altri difetti di fabbricazione sono declassati e destinati
ad altri impieghi.
Il tubo in cemento armato precompresso ha invece il
nucleo precompresso longitudinalmente e trasversalmente in
misura adeguata onde resistere ai carichi interni ed esterni,
con uno stato di sollecitazione di sola compressone nel calcestruzzo.
Esso è dimensionato in modo che il calcestruzzo,
portato alla pressione di prova, abbia una sollecitazione massima
di trazione di 5 Kg/cm 2 . La spirale di precompressione
è protetta con un rivestimento cementizio di bassa porosità,
dello spessore di 3 centimetri. La protezione finale del tubo è
affidata ad un rivestimento bituminoso applicato a caldo ed
armato con un tessuto di vetro reticolare.
7. Comportamento idraulico.
Dal punto di vista delle perdite di carico in regime uniforme,
i tubi di medio e grande diametro, a parità di altre
condizioni - ad esempio della velocità media di trasporto -
richiedono minori cadenti piezometriche a ragione della riduzione
dell’indice di resistenza, sia per gli elevati valori del
numero di Reynolds che per i bassi valori della scabrezza
relativa. Per tale ultimo aspetto, infatti, mentre la finitura interna
dei getti conseguita con i più recenti procedimenti di
fabbricazione dei tubi consente di realizzare superficie interne
con piccoli valori della scabrezza idraulica assoluta, questa
si riduce ulteriormente in misura relativa al crescere del
diametro.
Per gli aspetti idraulici collegati vanno tenuti presenti
anche i guadagni marginali che le condotte in calcestruzzo
hanno conseguito nei riguardi dei fenomeni di moto vario elastico.
Poiché infatti, specialmente nei tubi precompressi, i progressi
tecnologici hanno consentito di non far seguire al crescere
dei diametri aumenti proporzionali degli spessori, può
farsi conto su una celerità di propagazione delle perturbazioni
elastiche un po’ ridotta rispetto a quelle tradizionali delle
altre condotte.
8. Le realizzazioni più significative.
Il ripartitore Est-Ovest. Nell’immediato dopoguerra
l’Ente Autonomo del Flumendosa, di recente costituzione, avviò
la realizzazione degli impianti per utilizzare le acque del
Flumendosa, uno dei maggiori fiumi della Sardegna. Il progetto
prevedeva l’irrigazione di circa 95.000 ettari nella piana
del Campidano, la fornitura d’acqua alla città di Cagliari,
ai centri minori ed alle industrie che stavano sorgendo nella
piana di Macchiareddu e sulla costa Sud-Occidentale dell’Isola.
Il ripartitore Est-Ovest è uno dei tre ripartitori che dominano
il Campidano di Cagliari e per le sue caratteristiche
rientra tra le opere di alto interesse tecnico del complesso
irriguo degli impianti dell’Ente Autonomo del Flumendosa. Il
ripartitore ha uno sviluppo complessivo di 10.657 metri ed
una portata massima di 30 mc al secondo. Si divide in due
tratte: la prima lunga 5.992 metri è un canale a cielo aperto
a sezione trapezia che termina nella vasca di carico di un
sifone lungo 4.665 metri che costituisce la seconda tratta.
La condotta con la quale è realizzato il sifone - che assorbe
solo una parte della portata del canale - è composta da
Materiali
933 tubi di cemento armato ordinario prefabbricati nello stabilimento
industriale di Assemini. I tubi hanno un diametro
interno di 2,40 metri, uno spessore della parete di 16 centimetri
ed una lunghezza utile di 5,00 metri. Il progetto prevede
la realizzazione di una seconda condotta gemella quando
in futuro aumenteranno le richieste idriche.
I tubi sono stati calcolati col metodo dell’americano
Olander, che è basato sugli studi di Marston e sulle esperienze
eseguite nello stato di Iowa. Marston, assieme ad altri,
pubblicò le sue ricerche nei bollettini dello Iowa Engineering
Esperiments Station, dimostrando che per le condotte di grande
diametro interrate è necessario tener conto in modo rigoroso
delle caratteristiche e del comportamento dei materiali di
rinterro. Oltre al peso dell’unità di volume, è necessario conoscere
il coefficiente di attrito interno dei materiali e la loro
capacità di espletare pressioni attive laterali. Altri ricercatori
svilupparono ulteriormente la teoria di Marston, tenendo conto
della deformazione delle tubazioni considerati gli assestamenti
differenziali del terreno sopra e ai lati di questi e i cedimenti
elastici o meno del terreno di posa.
In relazione al carico idrostatico sulla generatrice interna
superiore, aumentata per maggiore garanzia del 15% agli
effetti del calcolo, i tubi sono stati divisi in tre classi, corrispondenti
alle altezze d’acqua di metri 5,00, metri 8,50 e
metri 12,00, ai fini del dimensionamento delle armature metalliche.
Allo scopo di ottenere una migliore qualità di getto si è
adottata una gabbia metallica con soli anelli interni ed esterni,
abolendo i tradizionali ferri ovali che nel caso di getti verticali,
come quello in oggetto, ostacolano la buona distribuzione
del calcestruzzo all’atto del getto e ne diminuiscono quindi
la compattezza. L’armatura metallica è costituita da barre di
acciaio tondo ad aderenza migliorata; nelle sezioni soggette
a trazione pura il calcestruzzo ha una tensione massima di
trazione di 7,6 kg/cm 2 e l’acciaio di 620 kg/cm 2 . Tenendo
conto delle flessioni nelle sezioni infime, la tensione massima
del calcestruzzo sale a 75 kg/cm 2 e quella del ferro a
1.860 kg/cm 2 .
Il giunto è realizzato con imboccatura a maschio e bicchiere,
con una guarnizione costituita da un anello di gomma
dello spessore di 26 mm. La durezza della gomma utilizzata
è di classe 2, corrispondente ad una durezza SHORE 50,
quindi idonea per le condotte di media ed alta pressione.
Tenuto conto della natura dei terreni attraversati, in parte
costituiti da conglomerati alluvionali e in parte da argille, i
tubi sono posti in opera su sottofondo di pietrisco ben costipato.
Ai fini della protezione dei tubi è previsto il rinterro con materiale
sciolto per una altezza media di 80 centimetri al disopra
della generatrice esterna superiore della condotta.
Il sifone interseca il canale principale di scarico delle
acque del comprensorio di bonifica di Sanluri (canale Vittorio
Emanuele). Per superare detto canale è stato costruito un
ponte-tubo autoportante, ad asse rettilineo, in cemento armato
precompresso, avente una luce di metri 24,60. II ponte-tubo
è costituito da cinque elementi, tre centrali e due terminali,
costruiti come tubi, usufruendo per quanto possibile
delle casseforme metalliche impiegate nei getti dei tubi del
sifone. Detti elementi, montati in sito su una centinatura prov-
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Operazioni di posa della condotta di alimentazione
dell’invaso di Simbirizzi, realizzata
in tubo di cemento armato precompresso Ø 2.500.
visoria, sono stati infilati e tesati con i cavi di precompressione.
Il giunto tra elemento ed elemento è realizzato con lamierino
per garantire la tenuta idraulica.
L’acquedotto integrativo di Cagliari. Negli anni Settanta
fu avviato il progetto per trasformare la conca naturale
dello stagno di Simbirizzi in un grande invaso artificiale, capace
di accumulare 30 milioni di metri cubi d’acqua dolce. Lo
stagno è privo di un bacino imbrifero proprio; per la sua alimentazione
lo si è quindi collegato al canale ripartitore Sud-
Est con una condotta in cemento armato precompresso lunga
12 km. Lo smaltimento delle acque di scarico avviene tramite
una galleria lunga 623 metri alla quale si allaccia un
sifone a due canne del diametro di 3,20 metri, realizzato con
tubi in cemento armato, capace di convogliare un portata
massima di 50 mc/sec.
L’acqua invasata è trattata da un apposito impianto di
potabilizzazione e consegnata ad una vasca di accumulo della
capacità massima di 10.000 metri cubi di acqua potabile. Da
questa vasca si diparte un condotta in cemento armato precompresso
lunga 10.600 metri che adduce l’acqua potabilizzata ai
serbatoi di Monte Urpinu e a quelli del rione Castello, posti in
viale San Vincenzo. La condotta per un lungo tratto del suo
tracciato attraversa la striscia sabbiosa di terreno
compresa tra gli stagni di acqua salata Bella
Rosa Minore e Molentargius. I tubi che compongono
la condotta hanno un diametro interno
di metri 1,20 e sono dimensionati per pressioni
di esercizio comprese tra le 5 e le 12 atmosfere.
L’eccezionale aggressività dei terreni attraversati
ha consigliato l’adozione di speciali accorgimenti
per proteggere la spirale di precompressione
di questi tubi. Si è assicurata prima di
tutto la continuità elettrica tra le spire con
l’interposizione di una lamina metallica tra la superficie
esterna del nucleo e le spire d’acciaio
armonico. La lamina metallica ha una sezione di
200 mm 2 ed ha fissati alle estremità due bulloni
filettati ai quali si avvitano, in fase di posa, dei
cavetti di collegamento in rame.
La protezione passiva della spirale di
precompressione si ottiene praticamente mediante
l’applicazione di una corrente che riduce a
valori prossimi allo zero la corrosione nella spirale
dovuta a correnti elettriche vaganti nel terreno.
Il meccanismo di questo tipo di protezione
si basa sul fatto che una corrente fatta circolare
tra elettrodi ausiliari, disposti tra terreno e
tubazione e con verso tale da risultare entrante
dal terreno alla tubazione, rende equipotenziale
la superficie metallica, evitando che possano instaurarsi
delle correnti di corrosione.
Una ulteriore protezione dell’acciaio armonico
del tubo si è ottenuta applicando un particolare
rivestimento protettivo in polietilene,
oltre a quello normalmente previsto dal disciplinare di fornitura,
costituito da due nastri di protezione anticorrosiva. Il primo
nastro è composto da un film di supporto in polietilene di
elevato potere isolante su cui è laminato uno strato di adesivo
a base di gomma butile e resine collanti sintetiche. Questo
assieme assicura una perfetta adesione alla superficie esterna
del tubo ed un elevato potere anticorrosivo. Il secondo
nastro, anch’esso con una superficie trattata per l’adesione
al precedente strato, ha un’elevata resistenza meccanica e
quindi protegge tutto il sistema da eventuali danneggiamenti
durante il trasporto o la posa in opera dei tubi.
Dopo la posa, il collaudo in opera ed il collegamento
elettrico dei tubi, è stata applicata la stessa protezione con i
due nastri anche in corrispondenza del giunto, per garantire
a tutta la condotta lo stesso elevato isolamento dal terreno
circostante. L’acquedotto realizzato negli anni Ottanta non ha
finora richiesto interventi di manutenzione. Recentemente
alcuni lavori eseguiti sul canale Terramaini hanno comportato
la demolizione di alcuni tubi. In quell’occasione si è constato
la perfetta conservazione della spirale di precompressione,
risultata integra e lucida come all’atto del suo utilizzo, e questa
è forse il miglior collaudo e la conferma sulla validità delle
misure di protezione adottate.
L’impianto di raffreddamento di una centrale. Nel
1971 è stato realizzato un impianto per raffreddare la centrale
termoelettrica di uno stabilimento industriale a
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Portovesme. L’impianto è composto da una presa a mare, da
una doppia condotta lunga 1.700 metri destinata a convogliare
acqua di mare, da un centrale di sollevamento e dalla
doppia condotta di restituzione a mare. La doppia condotta è
composta da 640 tubi in cemento armato ordinario, di 3,20
metri di diametro. Ogni tubo è lungo 5,00 metri, è armato
trasversalmente con un doppia spirale Ø 14 con passo di 20
cm e longitudinalmente con numero 2 Ø 8 ogni 18 gradi, di
acciaio ad aderenza migliorata.
La tubazione è soggetta ad una pressione idraulica di
esercizio variabile tra 0,5 e 3 bar ed è collocata su sella continua
in una trincea di profondità di poco superiore al diametro
esterno del tubo, ma con sovrapposto un rilevato di notevole
altezza, fino a raggiungere la quota del piano di sedime
dello stabilimento.
L’eccezionale altezza della copertura ha introdotto un
non trascurabile grado di indeterminatezza nel computo del
grado di sicurezza del manufatto, rendendo assai meno chiaro
il quadro tensionale calcolato in base a precise ipotesi di
vincolo e di carico. Infatti, a parte quella che può essere l’inevitabile
quota di imprecisione nella valutazione delle caratteristiche
elastoresistive del manufatto reale e nella spinta verticale
del terreno di ricoprimento, una ulteriore quota di
indeterminazione è poi in pratica fornita dalla difficoltà di prevedere
con esattezza le componenti di spinta orizzontali che
sollecitano trasversalmente il tubo, e che divengono importanti
specie nel caso di tubi collocati in trincee profonde.
Tali componenti sono infatti legate e alle caratteristiche
del terreno di ricoprimento, e al suo stato igrometrico e di
compattazione, oltre che alla forma ed alle dimensioni della trincea
rispetto al diametro del tubo; queste possono inoltre essere
variate, più o meno sensibilmente, dalla deformabilità del manufatto.
Tutto ciò porta ad una certa indeterminatezza nel computo
dei momenti ovalizzanti dovuti alle spinte orizzontali, che agiscono
favorevolmente sul regime statico del tubo nel senso di ridurre
l’effetto degli sforzi indotti dai carichi verticali.
V’è ancora da dire che per la difficoltà di conoscere con
esattezza la effettiva reazione d’appoggio trasversale alla
base del tubo, normalmente si è costretti ad ancorarsi a delle
ipotesi, più o meno giustificate, come ad esempio assumere
verticale ovvero radiale la reazione stessa, e con varie
schematizzazioni sul suo andamento. Ciò va ad aggiungersi
al fatto che in pratica l’ipotesi di sella continua sull’appoggio
del tubo sul terreno (in senso longitudinale) assai difficile si
realizza in modo perfetto. Per fugare ogni dubbio si è deciso
di sottoporre un tubo ad una prova di carico, procedendo in
modo da ottenere una situazione paragonabile a quella dei
tubi posizionati in opera secondo il tracciato di progetto.
Il tubo in esame è stato posato in un cavo aperto nel
terreno sabbioso umido, caratteristico della zona, su un
sottofondo di ghiaia compattata e rinfrancato con lo stesso
materiale secondo un angolo al centro di 120°. Il rinterro è
stato eseguito per strati successivi con sabbia umida
compattata, fino a raggiungere un’altezza di 50 cm sopra la
generatrice superiore esterna del tubo. Sul rinterro sono state
poi disposte quattro lastre in cemento armato dello spessore
di 30 cm, libere di assestarsi durante la prova, sotto
l’azione del sovraccarico. Per realizzare quest’ultimo si sono
Materiali
adoperate delle verghe di alluminio del peso di 956 Kg.
cadauna, disposte a strati uniformi sulle lastre di ripartizione.
È stato necessario disporre 11 strati successivi di verghe
di alluminio per raggiungere il sovraccarico massimo di
275.000 Kg., equivalente ad un carico uniformemente distribuito
di:
Q1 = (rinterro sabbioso) = 1,600x0,50 = 0,80 Tonn/mq
Q2 = lastre di c.a. (27 mq) = 2,500x0,30 = 0,75 Tonn/mq
Q3 = strato di alluminio = 25,000:27 = 0,93 Tonn/mq
Le letture degli abbassamenti sono state fatte con
estensimetri sensibili al 1/100 mm, posizionati secondo diametri
verticali. Gli estensimetri sono stati azzerati a rinterro
avvenuto e la media delle due letture, nonché l’ora, sono riportate
su un grafico che illustra l’andamento della prova.
Sul diagramma così ottenuto è stata effettuata una traslazione
di coordinate in modo da risalire allo stato del tubo prima di
iniziare il rinterro, ammettendo trascurabile la freccia dovuta
al peso proprio. Dal valore delle frecce lette, si sono ricavate
le frecce teoriche totali, per poter risalire al valore medio del
modulo elastico “E” del calcestruzzo del tubo.
Riportando su un grafico “E” in funzione dei carichi si
vede che il valore di “E” è quasi costante per carichi che
arrivano fino a 6,5 t/ mq per decrescere lentamente al crescere
del carico.
La prima fessura in chiave lunga circa 35 cm è stata
osservata al 7° strato; all’8° strato sono comparse altre
due lesioni localizzate; all’11° strato si notavano cinque fessure
nette sulla parte alta e bassa del tubo, ma le fessure
erano con bordi ancora a contatto. La prova di carico è stata
quindi sospesa senza portare il tubo a collasso. Le prime
lesioni sono state rilevate in corrispondenza di uno sforzo di
trazione pari a 59,6 Kg/cm 2 , si sono poi estese al crescere
del carico e della sollecitazione, realizzando lo schema di
funzionamento del calcestruzzo armato convenzionale, con
zona tesa fessurata e trazione assorbita prevalentemente
dalle armature.
La resistenza a compressione a 28 giorni del calcestruzzo
impiegato, misurata nel laboratorio ufficiale di prove materiali
dell’Università di Cagliari, risulta compresa tra 500 e 700
Kg/cm 2 . Assumendo quindi il valore più basso della resistenza
a compressione (500 Kg/cm 2 ), le tensioni massime di trazione
in esso ammissibili sono pari a 0,06 x 500 = 30 Kg/cm 2 , mentre
si sono osservati i primi cedimenti a trazione del calcestruzzo
per valori dell’ordine di 60 Kg/cm 2 .
In conclusione: dai controlli sperimentali eseguiti appare
che lo schema di carico adottato, inteso come legge di
distribuzione degli sforzi esterni sul tubo, sia realmente vicino
a quello effettivo.
Le frecce sperimentali in campo elastico sono infatti risultate
prossime, anche se inferiori, a quelle teoriche, ed il
carico limite di servizio (fessurazione), legato al raggiungimento
dei massimi sforzi di trazione nel calcestruzzo, è risultato
più elevato di quello previsto. Mentre, non appena
iniziata la fessurazione, si è notato un progressivo divario fra
le frecce teoriche, determinate nell’ipotesi di un illimitato campo
elastico, e quelle sperimentali.
Romano Sandri
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