Giornata tecnica CAP Centro Ricerche, 5 Dicembre 2018

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Le giornate tecniche di
Prof. Ing. Sergio Papiri
Prof. Ing. Sara Todeschini
Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura
Università degli Studi di Pavia
Via Ferrata, 1 - 27100 - Pavia
papiri@unipv.it sara.todeschini@unipv.it
Le tubazioni in ghisa sferoidale nei sistemi fognari:
una garanzia di protezione ambientale

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Le infrastrutture costituiscono:
-uno degli strumenti più importanti per migliorare
la qualità della vita;
-uno dei motori principali per lo sviluppo dei territori.
Tra queste, le infrastrutture fognarie
rappresentano un ambito particolarmente
delicato, nel quale occorre coniugare efficienza,
sostenibilità ambientale, economia.

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Le giornate tecniche di
• Nel passato, alle canalizzazioni fognarie era richiesta essenzialmente
un’adeguata capacità idraulica di trasporto.
• Alla fine dell’800 si è ravvisata la necessità di sottoporre le acque
reflue a trattamenti fisico-meccanici, prima dello scarico nei
ricettori; alla metà del 900 è stato introdotto il trattamento biologico
e, più recentemente, gli impianti sono stati muniti anche di
trattamenti terziari tesi all’abbattimento dei nutrienti.
• La necessità di sottoporre a trattamenti sempre più spinti le acque
reflue urbane e, ultimamente, la necessità di sottoporre a trattamento
anche un’aliquota delle acque meteoriche di dilavamento, ha
comportato un’evoluzione importante dei sistemi fognari.
Evoluzione dei sistemi fognari

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NORMATIVA DI RIFERIMENTO
per progettazione, costruzione e collaudo delle fognature
•Circolare del Ministero dei Lavori Pubblici 07/01/1974 n° 11633 “Istruzioni per la
progettazione delle fognature e degli impianti di trattamento delle acque di rifiuto”;
•Delibera del Comitato Interministeriale 4/2/1977 – Allegato 4 “Norme tecniche generali per
la regolamentazione dell’installazione e dell’esercizio degli impianti di fognatura e
depurazione”;
•Decreto Ministero dei Lavori Pubblici 12/12/1985 “Norme tecniche relative alle tubazioni”;
•Circolare del Ministero dei Lavori Pubblici 20/03/1986 n° 27291 “Istruzioni relative alla
normativa per le tubazioni D.M. 12/12/85”;
•Decreto Legislativo 3 aprile 2006, n. 152 "Norme in materia ambientale".
Le disposizioni tecniche contenute nella normativa nazionale sopra indicata sono dettagliate
e integrate dalle normative regionali e dalle indicazioni contenute nei Piani Regionali di
Risanamento Idrico o nei Piani di Tutela della risorsa idrica.

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Per impianto di fognatura si intende il complesso di canalizzazioni generalmente
sotterranee, atte a raccogliere e allontanare da insediamenti civili e/o produttivi
le acque superficiali (meteoriche, di lavaggio, ecc.) e quelle reflue provenienti
dalle attività umane in generale. Le canalizzazioni funzionano a pelo libero; in
tratti particolari il loro funzionamento può essere in pressione (condotte di
mandata di stazioni di sollevamento, attraversamenti in sifoni, ecc.).
Una rete di fognatura può essere a sistema misto quando raccoglie nella stessa
canalizzazione sia le acque di tempo asciutto che quelle di pioggia, e a sistema
separato se le acque reflue vengono raccolte in una apposita rete distinta da
quella che raccoglie le acque superficiali.
La scelta del tipo di materiale delle canalizzazioni deve essere effettuata sulla
base delle caratteristiche idrauliche, della resistenza statica delle sezioni, nonché
in relazione alla tipologia ed alla qualità dei liquami da convogliare.
Allegato 4 - Delibera del Comitato Interministeriale 4/2/1977

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Art. 100. Reti fognarie
1. Gli agglomerati con un numero di abitanti equivalenti superiore a 2.000 devono
essere provvisti di reti fognarie per le acque reflue urbane.
2. La progettazione, la costruzione e la manutenzione delle reti fognarie si
effettuano adottando le migliori tecniche disponibili e che comportino costi
economicamente ammissibili, tenendo conto, in particolare:
a) della portata media, del volume annuo e delle caratteristiche delle acque
reflue urbane;
b) della prevenzione di eventuali fenomeni di rigurgito che comportino la
fuoriuscita delle acque reflue dalle sezioni fognarie;
c) della limitazione dell'inquinamento dei ricettori, causato da tracimazioni
originate da particolari eventi meteorici.
D. Lgs. 152/2006 - Capo III
Tutela qualitativa della risorsa: disciplina degli scarichi

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La normativa relativa ai materiali
• Il progetto, la costruzione e il collaudo delle tubazioni per fognatura
sono regolamentati, in Italia, dal Decreto Ministeriale 12 Dicembre
1985 “Norme tecniche relative alle tubazioni”.
• Per i vari materiali esistono poi specifiche norme europee EN che
stabiliscono requisiti fisici e prestazionali delle tubazioni, intese
come complesso di tubi, giunti e pezzi speciali costituenti l’opera di
fognatura.

8. Decreto Ministeriale 12 Dicembre 1985:
“Norme tecniche relative alle tubazioni”
• Il progetto deve dimostrare l'affidabilità di comportamento delle
tubazioni nelle diverse fasi delle costruzioni dell'opera e nel periodo
previsto dell'esercizio.
• L'affidabilità dell'opera progettata, che riguarda il grado di sicurezza
statica, di resistenza alla corrosione, di conservazione delle caratteristiche
idrauliche, di integrità della tenuta e di continuità nel servizio, deve
risultare nella forma documentata adeguata, in particolare esplicitando le
debite considerazioni a riguardo dei controlli sui materiali e sui tubi che
vengono effettuati nello stabilimento e nel cantiere di prefabbricazione,
secondo metodologie note e/o specifiche tecniche…
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9. Circolare del Ministero dei Lavori Pubblici 20/03/1986 n°27291
“Istruzioni relative alla normativa per le tubazioni D.M. 12/12/85”
• Per una corretta valutazione del comportamento dei materiali delle
tubazioni, deve essere tenuto in conto il diverso effetto delle azioni
applicate staticamente e delle azioni applicate dinamicamente.
• Le azioni applicate staticamente hanno significativo confronto in due
diverse prove sperimentali: la prova a pressione interna, che saggia il
comportamento del prodotto ad azioni di natura idraulica e la prova
di schiacciamento, che saggia il comportamento del prodotto ad azioni
esterne. Le prove a pressione interna e di schiacciamento non
esauriscono le prove e le verifiche sperimentali, atte a caratterizzare il
comportamento del prodotto e dei materiali.
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 Materiali lapidei: Grès, Fibrocemento,
Calcestruzzo semplice e armato
 Materiali metallici: Ghisa, Acciaio
 Materiali plastici: PVC, PE, PP, PRFV
Tipologie di materiali

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• La scelta fra i vari materiali deve tener conto di diversi aspetti, fra i
quali la sicurezza statica, la resistenza all’aggressività delle acque reflue,
la resistenza all’abrasione, la conservazione delle caratteristiche di
conduttanza idraulica e la tenuta idraulica. Molto importanti
risulteranno anche il comportamento meccanico nei confronti dei carichi
agenti, la modalità di posa in opera e la disponibilità di pezzi speciali.
• Con riferimento a questi aspetti (che definiscono l’affidabilità
dell’opera), la progettazione deve uniformarsi a un criterio di
omogeneità prestazionale, così che tutto il sistema progettato risulti
ugualmente affidabile. Occorre evitare di realizzare un sistema formato
in parte con materiali con caratteristiche prestazionali ridondanti
rispetto alle reali esigenze e in parte con materiali inadatti a sopportare
le sollecitazioni alle quali sono sottoposti.
Criteri di scelta dei materiali

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L’aggressività delle acque reflue nei confronti delle condotte riguarda
non solo le fognature industriali, ma anche quelle urbane.
In condizioni anaerobiche, per effetto di meccanismi biologici, i solfati e
le sostanze organiche presenti nel liquame sviluppano idrogeno solforato
(H2S) che, per effetto di colonie batteriche aerobiche presenti sulle pareti
del condotto emergenti dall’acqua, viene trasformato in acido solforico
(H2SO4) che è corrosivo.
Tale fenomeno è favorito dalle alte temperature, dalla presenza di
depositi di fondo e da un’insufficiente ventilazione della fognatura.
Particolarmente aggressivi possono risultare gli scarichi provenienti da
attività produttive, se non adeguatamente pretrattati.
Aggressività delle acque reflue urbane

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• L’abrasione è l’azione meccanica di distruzione del fondo e delle pareti delle
condotte fognarie esercitata dal materiale solido (soprattutto dalla sabbia)
trasportato dalla corrente.
• L’intensità dell’azione abrasiva dipende dalla durezza e dalla concentrazione
degli elementi solidi trasportati, dalla velocità di trasporto, dalla durata
dell’evento di trascinamento.
• Sono soggette ad abrasione soprattutto le canalizzazioni con pendenze medio-
alte destinate al trasporto di acque meteoriche, le quali trascinano in fognatura
materiali provenienti dalla disgregazione del manto stradale, dalle
pavimentazioni e, in generale, dal dilavamento del bacino tributario.
• Sono soggette a forte abrasione le fognature oggetto di interventi di
manutenzione con getti ad alta pressione.
• Anche le acque nere non sono però prive di materiale abrasivo (proveniente
essenzialmente dalle pulizie domestiche) con l’aggravante della continuità della
portata.
Resistenza all’abrasione

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La tenuta idraulica di un sistema fognario, nei confronti di infiltrazioni di
acque di falda dall’esterno e nei confronti di perdite di liquame
dall’interno, costituisce un requisito indispensabile per la fognatura.
Il comportamento meccanico deve essere efficace nei confronti di tutti i
carichi agenti (carichi statici dovuti ai rinterri e alle pressioni interne,
carichi dinamici dovuti ai mezzi viaggianti, sovrappressioni e depressioni
dovute a moto vario).
La facilità di esecuzione è un aspetto di rilievo, dato che dalla modalità
esecuzione, legata al peso degli elementi tubolari, alla loro lunghezza, alla
tipologia di giunto e alla disponibilità di una vasta gamma di pezzi speciali,
dipendono i costi di posa.
La vita utile delle canalizzazioni e dei manufatti è un aspetto molto
importante da tenere in considerazione.

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• Le modalità di posa e di rinterro condizionano in modo determinante: il
carico che provoca la rottura per schiacciamento di una canalizzazione
interrata rigida; le tensioni e le deformazioni indotte dal carico
ovalizzante su una canalizzazione semirigida; l’inflessione diametrale e
la sollecitazione che genera instabilità all’equilibrio elastico (buckling) di
una canalizzazione flessibile.
• Le canalizzazioni vanno sempre posate con cura, rispettando
rigorosamente le modalità di posa indicate in progetto e in base alle
quali è stata eseguita la verifica statica.
• La profondità della trincea deve essere fissata tenendo conto anche delle
esigenze di protezione della canalizzazione nei confronti dei carichi
mobili stradali.
• In generale, per canalizzazioni soggette a carichi indotti dal traffico
stradale, l’altezza di rinterro non deve essere inferiore a 1 m.
Modalità di posa

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• La larghezza della trincea, determinata in funzione dell’ingombro
trasversale della canalizzazione e della profondità di posa, deve consentire
l’agibilità delle maestranze al fine di un’accurata sistemazione del letto di
posa, di una corretta esecuzione di tutte le operazioni necessarie per la
realizzazione delle giunzioni e per la costipazione del materiale di rinfianco.
• La larghezza minima del fondo dello scavo è di norma determinata
aggiungendo all’ingombro trasversale della canalizzazione 40 cm; questo
valore va adeguatamente incrementato (almeno fino a 70 cm) nel caso in cui
sia richiesta l’armatura completa delle pareti di scavo; qualora sia richiesta
la costipazione meccanica (mediante piastra vibrante) del materiale di
rinfianco, la larghezza minima della trincea è determinata aggiungendo
almeno 90 cm all’ingombro trasversale della canalizzazione.
• La posa deve essere sempre accurata poiché da essa dipende in misura
importante il comportamento meccanico della canalizzazione.
Modalità di posa

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• Per le tubazioni flessibili la posa deve essere ancora più accurata
poiché l’inflessione diametrale dipende soprattutto dal modulo elastico
del materiale costituente il letto di posa e il rinfianco.
• Per il letto di posa e per il rinfianco di tubazioni flessibili, il materiale
più adatto è pietrisco con granulometria 10-15 mm o sabbia grossa
mista a ghiaia con diametro massimo di 20 mm. Il materiale impiegato
deve essere compattato, eventualmente con l’ausilio di piastre vibranti,
fino ad ottenere l’indice Proctor prescritto in progetto.
• Lo spessore minimo del letto di posa è di norma assunto pari a 1/10 del
diametro interno della tubazione, con un limite inferiore di 10 cm; il
rinterro della tubazione, per almeno 30 cm al di sopra della sua
generatrice superiore, è di norma eseguito utilizzando lo stesso
materiale impiegato per il rinfianco.
Modalità di posa

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Le giornate tecniche di
•Le tubazioni in ghisa sono prodotte in conformità alla UNI EN
598:2007.
•La ghisa sferoidale non presenta più la problematica della fragilità che
si riscontrava nella ghisa grigia; è caratterizzata da ottima resistenza ed
elasticità, oltre che da una buona risposta a sovrappressioni accidentali e
al colpo d’ariete.
•E’ disponibile una vasta gamma di pezzi speciali:
- per i sistemi in pressione sono disponibili: imbocchi (giunzioni a una
flangia), tazze (giunzioni flangia bicchiere), manicotti, curve, T,
riduzioni, flange cieche;
- per reti a gravità sono disponibili: manicotti di collegamento, curve,
manicotti murari per il collegamento a pozzetti di calcestruzzo, raccordi
di immissione ed ispezione, raccordi per il collegamento con tubazioni di
materiale diverso.
Le tubazioni in ghisa sferoidale

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Aspetti di pregio delle tubazioni in ghisa sferoidale
Il sistema in ghisa sferiodale è in grado di certificare, in conformità a una norma di
prodotto:
•Conformità della tenuta idraulica dei giunti elastici nei confronti della pressione interna
positiva sino a 1,5 PFA + 5 bar;
•Conformità della tenuta idraulica dei giunti elastici nei confronti della pressione esterna
positiva sino a 2 bar.
La bidirezionalità della tenuta dei giunti è garanzia di:
• protezione ambientale della falda, evitando exfiltrazioni di acque reflue;
• funzionalità degli impianti di depurazione, evitando ingresso di acque parassite dalla
falda (determinante nel caso di posa in falda).
Nelle tubazioni in ghisa, la tenuta idraulica è garantita nel tempo, in quanto i sistemi di
giunzione consentono un’ampia deviazione angolare e un buon gioco assiale in grado di
assorbire i cedimenti differenziali del terreno. Questa criticità si manifesta soprattutto nelle
giunzioni con pozzetti di ispezione e viene superata mediante l’adozione di manicotti
murari, che conferiscono al sistema tubo-pozzetto continuità di tenuta.
Garanzia di bidirezionalità della tenuta

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Le giornate tecniche di
La necessità di sottoporre le acque reflue a trattamenti sempre più spinti rende
sempre più conveniente dal punto di vista tecnico-economico la centralizzazione
del trattamento e ciò comporta sovente la necessità di realizzare condotte in
pressione per il conferimento dei liquami.
La grande variabilità temporale della portata delle acque reflue nel caso di
piccoli centri abitati comporta una frequenza molto alta di avviamenti e arresti
dei gruppi di pompaggio (alcune decine al giorno), a ciascuno dei quali si
associano sovrapressioni e depressioni.
Il sistema in ghisa sferoidale è in grado di certificare, in conformità a una norma
di prodotto, la resistenza al «vuoto» e alla fatica:
•conformità della tenuta idraulica dei giunti elastici nei confronti della pressione
interna negativa sino a – 0,9 bar;
•conformità della tenuta idraulica dei giunti elastici nei confronti della pressione
interna dinamica per 24.000 cicli tra PMA e PMA - 5 bar.
Garanzia di resistenza al «vuoto» e alla fatica
Aspetti di pregio della ghisa sferoidale

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Le giornate tecniche di
Posa con possibilità di riutilizzo del terreno di risulta
Le tubazioni in ghisa sferoidale hanno caratteristiche meccaniche tali per
cui, in molti casi, soprattutto se i diametri sono medio-piccoli, è
consentita la posa con il riutilizzo del terreno di scavo per l’esecuzione
del rinterro. A ciò si associano numerosi vantaggi in termini di
sostenibilità ambientale ed economicità:
•riduzione del ricorso a cave di prestito per l’approvvigionamento dei
materiali per il rinfianco, salvaguardando la risorsa suolo naturale;
•riduzione del ricorso a cave di deposito del materiale di scavo,
salvaguardando l’ambiente;
•riduzione di viaggi di camion per trasporto materiali e conseguente
riduzione di consumi di idrocarburi ed emissioni di CO2;
•riduzione rilevante dei costi di realizzazione dell’intervento, conseguente
alla riduzione dei costi di approvvigionamento di materiali aridi e di
smaltimento del terreno di risulta;
•riduzione apprezzabile dei tempi di realizzazione dell’intervento e dei
disagi arrecati ai residenti.
Aspetti di pregio della ghisa sferoidale

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Le giornate tecniche di
Elevata durata di vita utile
Il sistema in ghisa sferiodale, compresi i rivestimenti e le guarnizioni, è
concepito per una durata di più di 100 anni, orizzonte temporale per
calcolare il Total Cost of Ownership e il Life Cycle Assessment.
Visto il tasso attuale di sostituzione delle reti e l’impatto economico e
ambientale della loro sostituzione, è fortemente auspicabile l’impiego di
sistemi di condotte con vita utile molto elevata.
Aspetti di pregio della ghisa sferoidale

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Le giornate tecniche di
Conclusioni
La scelta di materiali di qualità sufficientemente elevata per la realizzazione
di un sistema fognario rappresenta un aspetto progettuale essenziale
per assicurare che l’opera risponda a criteri di
economia, efficienza e sostenibilità ambientale
per la sua intera vita utile,
che deve essere la più lunga possibile vista la rilevanza
dell’impatto associato alla sua realizzazione.
La ghisa sferoidale consente di soddisfare
i requisiti di efficienza e sostenibilità ambientale
e, in molti casi, anche il requisito di «economicità reale».

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Le giornate tecniche di
Grazie
per
l’attenzione