TUBI
TUBI
Industria. - Nella definizione più generale il tubo è un cilindro o prisma cavo di sezione geometrica qualsiasi, costituito dei materiali più diversi e adatto agli usi più varî. Nella più generale accezione è l'elemento con cui vengono composte tubazioni o condotte atte al trasporto di liquidi e di gas. Questi tubi possono essere metallici fatti di ghisa, di ferro, d'acciaio, di piombo; non metallici e fatti di cemento, di cemento amianto (eternit o ardesia artificiale) di legno, di grès ceramico.
Tubi di ghisa. - Si ha notizia dell'uso dei tubi di ghisa per condotte forzate a cominciare dal 1664, quando furono costruite le condotte, tuttora in servizio, per il parco e per la città di Versailles, mediante tubi lunghi circa 1 metro con giunti a flange. In Inghilterra sembra che la prima applicazione risalga al 1746; in Germania intorno al 1790. Il tipo di tubo più in uso attualmente è quello a bicchiere; si usano anche tubi a briglie. Tipi con giunti speciali hanno impiego assai limitato.
Le fonderie d'Europa producono tubi di ghisa con diametri fino a 1500 mm. e lunghezze utili fino a 5 metri; ne producono anche con lunghezze fino a 6-7 metri mediante il procedimento di centrifugazione. Le fonderie americane di regola non superano i 5 piedi di diametro, ma raggiungono anche i 7: non eccedono poi i 12 di lunghezza utile.
I tubi di ghisa possono essere ottenuti per fusione ordinaria o per centrifugazione.
I tubi devono presentare una tenuta perfetta attraverso le loro pareti e la voluta resistenza per le pressioni di esercizio a cui sono destinati, e, insieme, avere il minimo peso possibile. È necessario perciò che le pareti dei tubi siano costituite di ghisa a grana serrata e compatta, esente da impurità e da difetti di fusione, quali soffiature, riprese, ecc.
Per conseguire questi risultati, nella fusione ordinaria i tubi vengono colati in forme disposte verticalmente; inoltre la qualità della ghisa viene opportunamente scelta, tenendo conto che i tubi devono resistere non soltanto alla pressione dell'acqua, ma anche agli urti a cui vanno soggetti sia durante i trasporti, sia quando sono posti in opera.
Per la fabbricazione dei tubi in Italia viene usata ghisa di seconda fusione detta grigio-chiara, dal colore della frattura, con granulazione fine e fitta.
Presso la superficie esterna del tubo la ghisa è ricca di carbonio combinato, perché in questa parte il getto si raffredda rapidamente ostacolando la trasformazione del carbonio stesso in grafite. All'esterno il tubo è poi rivestito da una vera crosta traforata da piccolissime soffiature e costituita da ghisa mescolata a impurità. Si presume che questa crosta protegga i tubi dall'aggressività dei terreni e ne assicuri la durata. Alla resistenza e durata dei tubi di ghisa concorre il forte spessore per cui l'ossido che si forma in incavi della superficie può permanere negli incavi medesimi e costituire una protezione capace di arrestare il progresso dell'aggressione, mentre ancora la maggior parte dello spessore rimane inalterata.
Per i particolari di fusione dei tubi di ghisa in forme di sabbia e di argilla v. fusione.
Sulla ghisa destinata ai getti si eseguono le prove regolamentari, secondo le prescrizioni del Ministero dei lavori pubblici (r. decr. 29 febbraio 1908). Sui tubi fabbricati si eseguono prove ordinarie di pressione e prove a oltranza. Le prime si fanno in fonderia sui singoli pezzi fabbricati, le seconde si compiono su tubi prelevati da ogni colata in proporzione non minore del 2%, portando la pressione a quella prescritta perché la resistenza della ghisa risulti quella voluta e che dovrebbe fissarsi almeno in kg./mmq. 8.
Le fonderie d'Europa producono correntemente tubi da usarsi per pressioni di esercizio fino a 10 kg./cmq., detti tubi normali e i pezzi speciali relativi, con i quali possono formarsi tubazioni complete. I diametri interni variano di 10 in 10 mm. per i diametri fino a 100 mm.; di 25 in 25 per i diametri da 100 a 500 mm.; di 50 in 50 da 500 a 800; di 100 mm. da 800 a 1500.
Per pressioni di esercizio superiori alle 10 atmosfere, il maggiore spessore dei tubi viene generalmente dato riducendo il diametro interno e mantenendo invece il diametro esterno dei tubi normali. Con ciò si ottiene di poter mantenere inalterate le forme di fonderia usate per i tubi normali modificando solo le anime mediante tornitura e i modelli per i bicchieri e le briglie.
Le giunzioni usate dapprima per i tubi furono quelle a briglie piane. Tra le due briglie una guarnizione di tenuta (di piombo, gomma, cuoio, ecc.) è stretta a mezzo di bulloni. Questa giunzione, interrata nel suolo, andrebbe soggetta ad allentamento con l'ossidazione del gambo dei bulloni. Quando eccezionalmente occorra di usarla è consigliabile proteggerla con fasciatura di tela di iuta catramata.
Le giunzioni a briglie dànno rigidezza alla tubazione ed escludono la possibilità anche dei più piccoli adattamenti alle condizioni di appoggio; inoltre rendono solidali tra loro i tubi nei riguardi delle dilatazioni e contrazioni termiche. Per tubazioni non interrate viene a mancare quanto si riferisce ai bulloni; la rigidezza ha importanza generalmente trascurabile; per le dilatazioni termiche possono essere usati giunti di dilatazione. È poi sempre possibile usare guarnizioni più plastiche del piombo (gomma o cuoio), com'è possibile poter smontare il giunto e rinnovare la guarnizione.
La guarnizione più comunemente usata per i tubi a bicchiere è quella di piombo. Ordinariamente si comprime contro il fondo del bicchiere della filaccia di canape catramata riempiendo così per una certa altezza il vuoto tra il bicchiere e l'estremità del tubo che vi sta dentro. Per la rimanente altezza si colma il vuoto medesimo con una colata di piombo fuso. Questo nel solidificarsi ha un forte ritiro che lo distacca dalla parete dei tubi con i quali allo stato liquido era a contatto. Perciò si comprime il piombo con uno scalpello. In questa giunzione ordinaria, la corda di canape può da sola costituire il mezzo di tenuta ed occultare perciò la cattiva esecuzione della parte di piombo, specie quando le tubazioni sono assoggettate a prove di breve durata. Con le notevoli alterazioni che la corda subisce nel tempo, la tenuta del giunto viene a mancare. La giunzione, che durante le prove e prima del rinterro delle tubazioni, si presenta a perfetta tenuta, può così dar luogo a perdite d'acqua.
Si è poi riscontrato sperimentalmente che la più accurata ribattitura del piombo ha efficacia solo per una piccola altezza della guarnizione (circa mm. 20) e che per tutta la residua parte permane il distacco dalle pareti dei tubi provocato dal ritiro di solidificazione.
Per tutto ciò al giunto ordinario a caldo viene sostituito quello a freddo senza filaccia di canape e con l'uso di nastro di piombo di sezione trasversale rettangolare, alto da mm. 16 a mm. 20 e largo un po' meno della larghezza del giunto, ribattuto a freddo spira per spira nello spazio anulare dentro al bicchiere. In tal modo ogni spira riesce efficace quanto l'intero giunto ordinario di piombo colato e ben battuto.
L'uso del solo piombo e l'esclusione della corda di canape porta per necessità l'adozione di un bicchiere più corto di quello ordinario col quale la quantità di piombo da usare risulterebbe molto elevata. Si è pervenuti così al giunto italiano.
Crescendo le pressioni di servizio cresce la spinta che tende a fare uscire il piombo dal bicchiere, fino al punto che riesce ben difficile assicurarne la conservazione in posto. Per questo si ricorreva in passato all'uso di anelli di ghisa stretti contro l'orlo esterno delle guarnizioni da bulloni che avevano presa sul bicchiere o sopra una controbriglia.
Ragioni economiche e la necessità di eliminare l'inconveniente dell'uso dei bulloni interrati nel suolo, hanno portato alla soluzione del giunto italiano per alte pressioni, con anello di sicurezza ribattuto dentro al bicchiere. Il giunto viene eseguito in piombo a freddo ricalcato spira per spira riempiendo il bicchiere fino all'incavo presso l'orlo esterno; si ribatte poi dentro quest'incavo, spira per spira, della corda di filo di zinco (di filo di ferro ricotto per i tubi di acciaio) in modo da costituire un anello di questo metallo che, essendo più resistente del piombo, non viene asportato per trafilamento. In tal modo, se la pressione interna tende a spostare la parte in piombo della guarnizione, questa viene compressa contro l'anello di zinco e la tenuta non è alterata. Si può dire anzi che crescendo la pressione interna cresce l'aderenza del piombo sulle pareti dei tubi e quindi anche la tenuta. Il giunto viene poi completato con piombo, sempre a freddo.
L'alta perfezione di questo giunto ne assicura indefinitamente la durata, e la tenuta è tale che le perdite devono risultare nulle, come è confermato dall'esperienza su condotte da lungo tempo in esercizio.
L'estremità del tubo destinata ad entrare nel bicchiere è molto spesso ingrossata verso l'esterno da un cordone, ottenuto nella fusione del pezzo e che ha lo scopo d'impedire che il materiale di ristagno della guarnizione penetri all'interno del tubo specie durante la calcatura. Inoltre il cordone costituisce un rafforzamento del tubo, utile nei riguardi degli urti che il tubo stesso subisce durante i trasporti e la posa in opera. L'uso del cordone dipende tuttavia dal tipo di bicchiere; manca nel bicchiere di tipo tedesco.
Dei giunti speciali smontabili, notevoli sono i tipi Gibault e Victaulic. Giunti a snodo detti sferici sono da usarsi solo per impianti provvisorî o in certi casi speciali.
Spessori dei tubi di ghisa. - Si determinano mediante formule del tipo:
dove e, spessore del tubo in cm.; e0 = costante (detta di fonderia); p, pressione di esercizio in kg./cmq.; D, diametro interno del tubo in cm.; σ = carico di sicurezza alla trazione. Per ogni diametro si fissano i minori spessori e, ponendo p = kg./cmq. 10 (pressione fondamentale). Si pone σ = kg./cmq. 300; e0 da mm. 7,5 a mm. 9, prevalentemente mm. 8. Questi tubi (normali) sono provati in fonderia a kg./cmq. 20. Si fabbricano tubi di tipo leggiero di cui la serie svizzera per pressioni di esercizio fino a 8 atmosfere e pressioni di prova di kg./cmq. 15; altre serie p = kg./cmq. 10 con e0 = 7 mm. ed anche 5 mm. provate a pressioni superiori di kg./cmq. 10 a quelle che risultano dalla formula (1). La serie leggiera italiana è riferita alla pressione di esercizio minima di 5 atmosfere.
L'impiego dei tubi di ghisa ha il suo limite nel massimo spessore che non conviene superare. In generale, con spessori maggiori di 40 mm., si hanno getti difettosi; in questi casi conviene rinunziare all'uso di questi tubi. Gli spessori dei pezzi non fusi verticalmente, o curvi, o con diramazioni, sono rinforzati con un aumento di mm. 3 su quelli dati dalle formule. L'aumento si dà accrescendo i diametri esterni.
Pezzi speciali. I pezzi speciali normali correntemente fabbricati sono:
1. Curve a bicchiere e cordone a briglie per angoli al centro di 90°, 45°, 22°30′, 11°15′, 5°37′30″ pari rispettivamente a 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 di circonferenza. Le fonderie italiane fabbricano i pezzi da 1/4 a 1/32 con raggi piccoli R = D + 150 e in nessun caso minori di mm. 250. Nelle norme italiane per le tubazioni di ghisa per acquedotti si prevede anche la fabbricazione di curve con raggi grandi per aperture di 1/16 e 1/32; per l'apertura di 1/64 si prescrive solo il raggio grande. Volendo predisporre la tubazione alla pulitura interna, occorre assegnare a R valori atti a consentire il passaggio dell'utensile di pulitura. Dalla pratica è stata ricavata la regola dell'uso di R = 14 D fino a 175 mm.; R = 10 D per D = 375. L. Conti correggendo opportunamente questi dati e introducendo una gradualità nella decrescenza col crescere di D, giunge alla formula R = 1300 + 6,5 D (con R e D in mm.). L'impiego di curve a grande raggio con notevole sviluppo assiale è necessario per rendere agevole l'esecuzione delle murature di contrasto alle spinte laterali; la limitazione dell'apertum angolare a solo 1/32 e 1/64 è opportuna per ridurre l'entità delle spinte e quindi il volume delle murature di contrasto. (v. condotta).
2. Pezzi speciali a bicchiere o a briglie per diramazioni, raccordi, ecc.
Pezzi speciali per la pulitura interna delle condotte sono le bocche d'introduzione. Nella loro forma originaria sono pezzi dritti a bicchiere, che per un tratto hanno un'apertura rettangolare chiusa da un coperchio imbullonato. Adatte alle esigenze delle moderne tubazioni sono quelle di tipo italiano (v. condotta) a giunti tipo Gibault semplificati. I pezzi a cassa vengono limitati solo ai casi in cui essi debbano contenere apparecchi, quali la valvola regolatrice a stella.
Organi otturatori a briglie da inserirsi nelle tubazioni sono le saracinesche che si fabbricano per pressioni di 10, 20, 30 atmosfere.
Tubi di ghisa centrifugati. - Nel 1914 F. Arens e De Lavaud giunsero alla prima produzione industriale. La forma di ghisa o d'acciaio, senza alcun rivestimento, veniva fatta rotare mentre da un'estremità all'altra di essa si faceva regolarmente avanzare lo sbocco del canale portante la ghisa liquida. Si ottenevano così tubi fusi in conchiglia (v. fusione) che poi venivano sottoposti a ricottura per portare la ghisa alla regolare malleabilità e resistenza alla trazione.
Tubi di ferro e d'acciaio. Il ferro usato è generalmente quello omogeneo o acciaio extra dolce: pertanto ci si può riferire esclusivamente all'acciaio. I tubi di acciaio si possono classificare come appresso:
1. Tubi saldati longitudinalmente ottenuti da lamiere di ferro omogeneo, mediante laminazione e trafilatura, con diametri interni nominali da 1/8″ a 4″, effettivi da mm. 5 a mm. 104. Sono di uso limitato a condotte secondarie, preferibilmente non interrate e con pressioni di esercizio non superiori a 5 atmosfere. Possono essere o no zincati.
La giunzione si compie a manicotto e vite. Le estremità dei tubi portano un'impanatura, che ha generalmente una lieve conicità. I manicotti hanno impanatura cilindrica ed hanno lunghezza doppia di quella dell'impanatura dei tubi. La tenuta del giunto è assicurata guarnendo l'impanatura con fili di canape imbevuti di minio. Questi tubi possono essere piegati a freddo per realizzare curve a grande raggio (non minore di 10 diametri). Allo scopo è consigliabile l'uso di un apparecchio speciale simile ai piega-rotaie. I pezzi speciali si eseguono in ferro forgiato e in ghisa malleabile.
2. Tubi senza saldatura ottenuti direttamente per laminazione, con materiale che va dal ferro omogeneo all'acciaio (resistenza alla trazione kg./cmq. 6000; allungamento 15% su barrette da mm. 200). Si fabbricano con lunghezze da m. 7 fino a m. 11 ed anche m. 15 e per diametri di sene da 40 a 800 mm.
I tubi di acciaio normali vengono provati in fabbrica alla pressione interna di kg./cmq. 75 (alcune fabbriche non superano kg./cmq. 50). Si producono tubi rinforzati anche per pressioni di servizio fino a kg./cmq. 1000, provati a kg./cmq. 2000, per i piccoli diametri.
3. Tubi ottenuti da lamiere di ferro omogeneo piegate e chiodate. Con questi tipi si può raggiungere qualunque diametro.
4. Tubi ottenuti mediante saldatura autogena, o elettrica, di lamiere di ferro omogeneo dolcissimo (resistenza alla trazione kg. /cmq. 3500 ÷ 4000; allungamento 30%; particolarmente saldabile).
I tubi di acciaio senza saldatura possono essere ottenuti mediante varî procedimenti, fra cui il più caratteristico e più diffuso è quello Mannesmann. I diametri fino a 600 mm. vengono ottenuti per laminazione ai laminatoi obliquo e pellegrino (v. laminazione); i diametri maggiori si ottengono mediante un recentissimo e originale procedimento di espansione su trafila. Con questo si possono avere spessori inferiori a quelli raggiungibili per laminazione.
Rivestimento protettivo. - I tubi di acciaio da interrarsi nel suolo, devono essere protetti contro l'azione aggressiva dei terreni.
Allo scopo i tubi vengono generalmente rivestiti con materiali bituminosi o cementizî. Il rivestimento più diffuso fino a poco tempo fa era quello costituito da una fasciatura ad elica di una stretta striscia di iuta catramata a caldo, semplice o doppia e talvolta tripla. Ora si va sempre più diffondendo l'uso del rivestimento d'invenzione italiana in cemento-amianto, specialmente da quando si è cominciato ad applicarlo sul tubo al di sopra di un primo strato protettivo di materiale bituminoso. Non hanno avuto diffusione i rivestimenti in calcestruzzo di cemento semplice o armato, eseguiti a pié d'opera o in opera. Un rivestimento speciale in calcestruzzo di asfalto retinato fu studiato da R. Colosimo e applicato a pié d'opera sulle tubazioni di acciaio dell'acquedotto del Ruzzo. Fu avvolta intorno al tubo un'elica di tondino di ferro da 5 mm. con passo di cm.20. Fu avvolta poi una rete metallica opportunamente fissata. Quest'armatura fu inglobata in una massa di calcestruzzo di asfalto, di dosatura opportunamente studiata, applicata a caldo per lo spessore di mm. 10. Questo rivestimento, adottato per una lunghezza di circa 20 km., ha assicurato l'efficace protezione delle tubazioni.
Compiuta la posa dei tubi, occorre completare la protezione, col rivestimento intorno ai giunti. Ciò si può agevolmente fare con la iuta. Quando si hanno rivestimenti cementizî è consigliabile fare la protezione del giunto con calcestruzzo di asfalto.
Contro l'azione delle acque convogliate, contenenti principî aggressivi, si è di recente studiato per l'acquedotto di Cagliari un rivestimento interno di bitume, dello spessore di 5 mm. applicato per centrifugazione.
Giunzioni. - Per le giunzioni dei tubi di acciaio a bicchiere vale quanto detto per i tubi di ghisa.
Nelle figure riportiamo i tipi ordinarî Mannesmann e il giunto italiano. Recenti giunti Mannesmann si orientano su quest'ultimo tipo, anche per le più alte pressioni. Si hanno poi i giunti a briglie fisse, o mobili, d'impiego limitato ai casi esaminati per i tubi di ghisa, e giunti ottenuti per saldatura finora impiegati in tubazioni per gas.
Per le curve e i pezzi speciali vale quanto detto per i tubi di ghisa. Per le qualità degli acciai, le prove, ecc., si rimanda alla relazione preliminare della Commissione del Sindacato nazionale fascista ingegneri italiani.
Circa la conservazione di tubi di acciaio internati in terreni assai aggressivi (argille eoceniche) con protezione accuratamente eseguita, posti in opera con tutte le necessarie cautele, si ha notizia che nell'acquedotto di Avigliano (Potenza) i tubi da 150 mm. posti in opera nel 1907 presentano tuttora integro il rivestimento e non hanno corrosioni nella massa metallica. Si hanno di contro notizie sfavorevoli per altri casi, ma s'insiste nell'attribuire per la maggior parte a scarsa diligenza nell'uso delle cautele prescritte per l'ispezione e il ripristino dei rivestimenti prima della posa in opera.
I tubi di acciaio chiodati si fabbricano con lamiere di spessore non minore di mm. 4. Sono formati con anelli cilindrici, infilati gli uni negli altri, la cui lunghezza è uguale alla larghezza normale delle lamiere e cioè da m.1,50 a 1,70. Per diametro della condotta si assume quello interno degli anelli minori. Generalmente si fabbricano in officina tubi composti di 4 anelli chiodati tra loro trasversalmente e perciò con lunghezza utile intorno a m. 6. Si tende ad usare questi tubi solo fino a che risultano bastevoli chiodature longitudinali doppie e chiodature trasversali semplici, di cui le prime si eseguono in officina e le seconde a pié d'opera. Questi tubi si rafforzano talvolta con cerchi costituiti da due ferri ad angolo accoppiati, posti a mezza lunghezza degli anelli di minore diametro.
Si possono usare per questi tubi giunzioni a briglie formate da un'ala di ferro d'angolo di cui l'altra ala è chiodata all'estremità del tubo.
I cambiamenti di direzione e di pendenza si realizzano con anelli diritti tagliati obliquamente e uniti fra loro in officina, in modo da realizzare una tubazione che ha per asse una spezzata. Le diramazioni si realizzano con pezzi di raccordo opportunamente foggiati, chiodati alla tubazione. I pezzi speciali per cambiamento di diametro si fanno con anelli tronco-conici. Pezzi speciali particolari sono il passo d'uomo, il pezzo a manicotto smontabile, il giunto di dilatazione, ecc.
I tubi formati con saldatura si fanno per diametri da mm. 275 in poi. Questi tubi per qualsiasi diametro si possono fabbricare con giunto a bicchiere. Anche per essi è stato applicato il tipo italiano. Spesso il bicchiere è rinforzato da una fascia esterna dello stesso spessore della lamiera del tubo. Si hanno anche giunti a briglie saldate o mobili.
Per le grandi condotte collocate allo scoperto si usano di preferenza i giunti a briglie; per pressioni molto elevate e per tubazioni praticabili internamente si usano giunti chiodati. Si usano anche giunti saldati. Per gli uni e per gli altri le estremità del tubo sono foggiate a forma d'imbuto tronco-conico I pezzi speciali si realizzano come si è detto per i tubi chiodati, ma con anelli saldati fra loro.
Nelle condotte per forza motrice, nei tratti a maggior pressione, dove si richiedono spessori non compatibili con la riuscita della saldatura o della chiodatura, si rinforzano i tubi saldati di spessore normale con l'applicazione esterna di anelli di acciaio laminati in un sol pezzo senza saldatura (tubi blindati). Per i tubi blindati è usata la giunzione a briglie o a manicotto chiodato. Si possono avere solo tubi blindati diritti; i pezzi speciali si fanno in acciaio fuso ed hanno giunzione a briglie.
Tubi di Piombo. - Sono usati per condotte domestiche e per altri usi particolari. Si producono per estrusione (v. trafilatura) con diametri interni da 4 a 120 mm. e per pressioni da 10 a 30 atmosfere.
Tubi di cemento. - Si fabbricano, con o senza armatura di ferro, per getto ovvero per centrifugazione e sono usati largamente in acquedotti, fognature, ecc. Di tipo intermedio sono i tubi Bonna, in lamiera d'acciaio saldata, con rivestimento interno ed esterno in cemento armato.
Tubi di Cemento-amianto. - Ideati da A. Mazza e fabbricati in Italia sin dal 1910, questi tubi hanno larghissima applicazione negli acquedotti, nelle fognature, negli impianti d'irrigazione, ecc. Sono ottenuti, con geniale procedimento italiano, da un'intima miscela di cemento e amianto in fibra. Nei giunti la tenuta è assicurata da guarnizione di gomma o di piombo. È molto usato il giunto Gibault.
Tubi di legno. - Sono poco usati in Italia; moltissimo e per grandi impianti in America e in Norvegia. Sono formati con doghe sagomate, fasciate con anelli di ferro o di legno. Il giunto è costituito da un anello di ferro incastrato nelle testate.
Tubi di gres ceramico. - V. fognatura.