Un tubo per condotte è un tipo di tubo utilizzato per la realizzazione delle condotte idrauliche di acquedotti potabili e non.
Altri tubi molto utilizzati attualmente nel campo acquedottistico sono quelli in ghisa sferoidale e quelli in cemento armato ordinario o precompresso; meno utilizzati specialmente nel campo dell'adduzione sono i tubi plastici.
Designazione simbolica dell'acciaio Nella tabella seguente, a titolo indicativo, è riportata la corrispondenza tra le designazioni dei tubi d'acciaio secondo la norma UNI EN 10224 e le designazioni secondo la norma UNI 6363, non più in vigore ma ancora frequentemente prese come riferimento da molti tecnici: Classe secondo UNI EN 10224Classe secondo UNI 6363L 235Fe360L 275Fe 430L 355Fe510 La differenza, dal punto di vista meccanico, delle due diverse tipologie di designazione è la seguente: Classe Tensione di snervamento caratteristica Tensione a rottura caratteristicaFe 360/L235235 MPa 360 MPaFe 430/L275275 MPa 430 MPaFe 510/L355355 MPa 510 MPa
Caratteristiche meccaniche dell'acciaio Nella tabella seguente sono indicate le designazioni simboliche dell'acciaio e le relative caratteristiche meccaniche, in conformità alla norma UNI EN 10224: Classe Tensione di snervamento caratteristica(spessori: ≤ 16 mm; > 16 mm) Allungamento min. %(long – trasv)L235235 – 225 MPa 25 – 23L275275 – 265 MPa 21 – 19L355355 – 345 MPa 21 – 19 Tipologia di tubazione La tubazione di acciaio può essere realizzata senza saldatura, con il procedimento di laminazione a caldo oppure con saldatura, in arco sommerso (SAW) o elettrica a resistenza (ERW), longitudinale (longitudinally welded pipes) o con saldatura in arco sommerso (SAW) elicoidale (spirally welded pipes) a partire dalla formatura di nastri di acciaio laminati a caldo denominati coils.
Quelli senza saldatura possono essere prodotti fino ad un diametro nominale di 800–900 mm partendo da un lingotto di acciaio dolce che mediante un processo denominato Mannesmann viene trafilato a caldo con apposito macchinario.
Di seguito verranno descritte le principali fasi di fabbricazione di tubi a saldatura longitudinale ed elicoidale con il sistema ad arco sommerso. Tubi a saldatura longitudinale Il tubificio viene alimentato con coils di larghezza equivalente allo sviluppo della circonferenza del tubo prima dell'espansione.
Tutte le operazioni di formatura sono effettuate a freddo.
Le principali fasi di fabbricazione possono venire così sintetizzate: cianfrinatura dei bordi della lamiera: l'operazione effettuata con due torrette mobili lungo i lati della lamiera serve a predisporre i lembi per la successiva saldatura longitudinale; preformatura dei bordi longitudinali (crimping): l'operazione, effettuata con presse o rulli, interessa due fasce longitudinali dei bordi di circa 150 mm e serve ad evitare presenze di cuspidi nella successiva fase di formatura ad O; pre formatura della zona centrale della lamiera o formatura ad U: la lamiera supportata da appoggi laterali oscillanti viene piegata al centro con punzoni di forma adeguata al diametro, allo spessore ed alle caratteristiche del materiale; formatura della canna a O: costituisce la fase finale della formatura della canna ed ha lo scopo di ottenere una forma cilindrica tale da adattarsi, dopo la saldatura, alle caratteristiche dimensionali dell'espansore, sia esso idraulico che meccanico; presaldatura della canna: qualora le macchine di saldatura interna non siano dotate di serraggio dei lembi; si effettua una presaldatura in atmosfera di gas inerte sui lembi opportunamente avvicinati e livellati in un'apposita gabbia di serraggio; saldatura interna: viene effettuata da una macchina di saldatura in arco sommerso con 2 o 3 elettrodi il cui movimento relativo può essere ottenuto facendo avanzare la canna e tenendo fissa la testa saldata o viceversa; saldatura esterna: dopo la saldatura interna si procede alla saldatura esterna con procedimenti analoghi a quelli precedenti; controllo della saldatura con ultrasuoni: ogni cordone di saldatura viene interamente controllato per rilevare eventuali difetti della saldatura e della adiacente zona termicamente alterata. Tutte le zone così individuate vengono controllate ai raggi x per l'accertamento dei difetti e la definizione della loro natura; controllo ai raggi x: viene effettuato sui tratti terminali della saldatura e su tutte le zone segnalate dagli ultrasuoni per definire la natura del difetto; cianfrinatura delle testate: l'operazione viene effettuata per predisporre il tubo alla successiva saldatura in campo. Qualora sia richiesta la bicchieratura delle estremità quest'operazione viene eseguita al termine del ciclo di fabbricazione mediante macchina bicchieratrice (bell joint machine); espansione del tubo: l'operazione, di tipo meccanico od idraulico, ha il duplice scopo di calibrare perfettamente la forma del tubo ed equalizzare le caratteristiche meccaniche del materiale eliminando tensioni dovute alla formatura e alla saldatura; prova di tenuta idraulica: si esegue per verificare la tenuta del tubo; controlli finali: controlli delle estremità con polveri magnetiche, con ultrasuoni ecc.
Tubi a saldatura elicoidale Il processo consiste essenzialmente nella formatura ad elica mediante calandratura di un nastro continuo ottenuto durante il processo stesso saldando testa a testa le lamiere o i nastri (coils) e nella successiva saldatura interna ed esterna dei bordi dell'elica.
Tutte le operazioni di formatura si effettuano a freddo.
Le principali fasi di fabbricazione possono venire così sintetizzate: cianfrinatura delle testate: l'operazione si esegue sia sulle lamiere che sui nastri per predisporli alla successiva operazione di saldatura; saldatura interna testa - testa delle lamiere o dei nastri: serve ad accoppiare le varie lamiere tra di loro al fine di avere un nastro continuo onde creare una alimentazione in continuo alla macchina a formare. In pratica l'inizio del rottolo messo in macchina (coda di laminazione) viene saldato con la fine del rotolo precedente (testa di laminazione). La saldatura viene effettuata, sul solo lato che risulterà interno al tubo; cianfrinatura dei bordi laterali delle lamiere o dei nastri: l'operazione serve a predisporre il nastro alla successiva saldatura elicoidale; formatura del tubo: il nastro viene sottoposto a calandratura per consentire l'avvolgimento a spirale e la relativa saldatura elicoidale interna ed esterna. La calandratura è ottenuta facendo passare il nastro attraverso una serie di rulli angolati, rispetto all'asse longitudinale del tubo in formatura, di un angolo che è funzione del diametro e dello spessore della lamiera. L'angolo di formatura viene scelto tenendo conto di esigenze di produttività e viene condizionato dalla larghezza massima del nastro a disposizione. In genere tale angolo varia tra 15° e 42°; saldatura elicoidale del tubo (interna ed esterna): la saldatura viene eseguita con saldatrici automatiche ad arco sommerso a due o tre elettrodi. L'operazione si effettua in fasi successive nella stessa macchina di formatura via via che i lembi laterali del nastro sono stati avvicinati; controllo con ultrasuoni della saldatura: continuando ad avanzare sul tubo passa sotto le sonde dell'impianto ad ultrasuoni che permettono di individuare la presenza di eventuali difetti del cordone di saldatura (i quali verranno o meno confermati dal successivo controllo con raggi x). Il tubo viene quindi tagliato, sempre in movimento, alla lunghezza prefissata; saldatura esterna testa-testa delle lamiere o dei: il ciclo di saldatura viene ultimato, sul tubo già tagliato a lunghezza, completando la saldatura testa-testa delle lamiere o dei nastri sulla parte esterna del tubo controllo con ultrasuoni della saldatura testa -testa delle lamiere o dei nastri: come al punto precedente controllo radiografico sulle saldatura testa-testa ed elicoidale: consentono di individuare la natura dei difetti segnalati in precedenza dai controlli ultrasonici; prova di tenuta idraulica: si esegue per verificare la tenuta del tubo alla pressione di prova dipendente dal carico di snervamento del tubo, dal suo diametro e dal suo spessore; cianfrinatura delle testate: l'operazione viene effettuata per predisporre il tubo alla successiva saldatura in campo. Qualora sia richiesta la bicchieratura delle estremità quest'operazione viene eseguita al termine del ciclo di fabbricazione mediante macchina bicchieratrice (bell joint machine); controlli finali: controlli delle estremità con polveri magnetiche, con ultrasuoni ecc.
Tubi blindati Nel caso di forti pressioni, al di fuori dei valori entro cui possono essere impiegati i tubi saldati, per i quali vi sono limitazioni nello spessore, vengono impiegati tubi detti blindati.
Il tubo blindato è costituito da un normale tubo saldato normalmente longitudinalmente, detto mantello o camicia, esternamente al quale sono calettati a caldo, con un idoneo passo, una serie di anelli in acciaio realizzati in un solo pezzo (senza saldatura), e di materiale più resistente della camicia che collaborano con il mantello per la resistenza alle pressioni interne del tubo.
Il diametro interno degli anelli è minore di quello del mantello.
Gli anelli infilati a caldo profittando della loro dilatazione termica, con il successivo raffreddamento inducono uno stato di precompressione nel mantello mentre su di essi insorge uno stato di pretensione.
In esercizio, la pressione interna accentua la trazione negli anelli mentre nel mantello nasce uno stato di trazione che, per effetto della precompressione iniziale, risulta meno intenso di quello che avrebbe la camicia se lavorasse da sola.
Calcolo dello spessore di un tubo
Lo spessore in millimetri di un tubo può essere ricavato a partire dall'espressione seguente, che deriva dalla formula generale di Mariotte, riportata nella Circolare del Ministero dei LL.PP. 5 maggio 1966 n. 2136: s= PN De/(200 n S) in cui: s è lo spessore teorico del tubo in mm; PN è la pressione nominale in kg/cm² che nel caso dei tubi per acquedotti deve intendersi la massima pressione cui possono essere sottoposti in esercizio i tubi, da ricavarsi dalle quote piezometriche idrodinamiche maggiorate per eventuali colpi di ariete oppure da quelle idrostatiche; De è il diametro esterno del tubo in mm, S è la tensione di snervamento minima dell'acciaio impiegato in kg/mm²; n è il coefficiente di sicurezza allo snervamento da ammettersi non superiore a 0,5. Non sono ammessi comunque spessori inferiori a 2,5 mm Calcolo del peso di un tubo Il peso P di un tubo in acciaio di lunghezza L, diametro interno D e spessore s è pari a: P = π (De2 - D2)γL/4 dove γ è il peso specifico dell'acciaio pari a 7850 kg/m3.
Poiché (De2 - D2)= (De - D)(De + D) (De - D) = 2s (De + D)≈ 2D risulta: P ≈ γπDsL (kg) Tale formula può essere ulteriormente semplificata nel seguente modo: P ≈ 25DsL (kg) o se si vuole calcolare il peso a metro lineare di tubo: p ≈ 25Ds (kg/m) dove: s è espresso in mm; D è espresso in m. Di regola si incrementa tale peso teorico dell'1-2% per tenere in considerazione del peso dei rivestimenti e degli eventuali accessori quali bicchieri, flange, ecc.
Tipologia di giunzione
La giunzione dei tubi in acciaio è di norma saldata e può essere: a bicchiere per saldatura a sovrapposizione (conformi alle prescrizioni dell'Appendice C della norma UNI EN 10224): in questo caso un'estremità del tubo viene sagomata a bicchiere. per saldatura di testa(secondo il punto 7.10 della norma UNI EN 10224): in questo caso le due estremità del tubo non sono sagomate ma devono essere opportunamente preparate come segue in funzione dello spessore dei tubi: a lembi retti per spessori ≤ 3,2 mm; a lembi smussati a 30° per spessori > 3,2 mm (cianfrinatura). Nel primo caso esistono due tipi di giunto a bicchiere: