Fatte per condurre
Confronto tra tubature in gres e pvc
Bruno Stefani

Il Parlamento Europeo, nel “Libro Verde” dedicato alle tematiche ambientali (26 luglio 2000) ha caldeggiato la ricerca di soluzioni pratiche per i problemi relativi all’ambiente e alla salute umana comportati dall’utilizzazione del Pvc. Si calcola che attualmente gli scarti dell’industria del cloruro di polivinile siano 3,6 milioni di tonnellate/anno e nei prossimi 20 anni se ne prevede l’aumento dell’80%. La pericolosità di tali scarti è dovuto essenzialmente al cloro, inibitore della combustione nel Pvc ma tossico per l’uomo (largamente impiegato nella prima guerra mondiale come arma chimica) in quanto allo stato gassoso irrita le mucose mentre allo stato liquido provoca ustioni cutanee. In fase di smaltimento quasi tutti gli inceneritori rilasciano in atmosfera acido cloridrico (HCl); l’abbattimento dei fumi rischia di aggravare il problema: i residui di lavaggio dei fumi provenienti dal Pvc generano ulteriori prodotti nocivi. Nonostante in tempi recenti siano state attivate filiere di riciclo del Pvc, la raccolta e la classificazione causano ancora molti problemi dal momento che nei prodotti di riciclo ricompaiono piombo e perfino cadmio. L’industria del Pvc è stata più volte sollecitata a trovare soluzioni alternative per questi additivi. Nonostante tali problematicità, nella quasi totalità delle nuove costruzioni vengono installate tubazioni Pvc, decisamente più economiche rispetto a qualsiasi altro materiale. Ma la valutazione dovrebbe essere giocata su più punti. Ad esempio le tubature in gres ceramico non sono soggette a invecchiamento e le reti fognarie mantengono nel tempo lo loro resistenza originaria. Molti scavi archeologici hanno portato alla luce tubazioni d’argilla cotta ancora intatte. Come nel Palazzo di Mari in Babilonia (2000 a.C.), sotto l’Agorà di Atene (costruita 2.500 anni or sono) e nella Città dei Re di Petra in Giordania. Ovviamente nel corso nel tempo sono stati apportati molti miglioramenti tecnici: resistenza meccanica, impermeabilità e sistemi di giunzione flessibili. La resistenza al deterioramento nel tempo rimane comunque la caratteristica fondamentale, qualità particolarmente importante oggi in funzione di temi quali la sostenibilità e le problematiche legate alla gestione dei rifiuti e delle scorie.

Durata
Uno studio ha classificato le caratteristiche della microstruttura di diversi materiali confermando che il ciclo di vita più lungo viene garantito in funzione di qualità elevate nei parametri più importanti. Garantita la durata del gres ceramico, l’attenzione deve concentrarsi sulle guarnizioni di tenuta. Queste, realizzate in poliuretano e gomma sintetica, vengono sottoposte a test di resistenza nel tempo simili a quelli relativi alle tubazioni in materiale plastico. Dai risultati emerge che, a differenza di quanto accade per talune resine che dopo 50 anni mostrano improvvisi cedimenti prestazionali, i materiali impiegati per le guarnizioni delle tubazioni in gres anche dopo 50 anni continuano l’andamento asintotico assicurando al sistema, anche dopo un secolo, una tenuta doppia rispetto a quanto previsto dagli standard. Alcuni rilievi condotti nel 1993 in un cantiere in Germania su una tubazione in gres ceramico posata 25 anni prima, hanno verificato attraverso telecamera il buono stato di conservazione della rete e l’assenza di danni evidenti. La durata dei materiali dovrebbe perciò essere assunto come parametro fondamentale in confronti economici.
Il metodo più semplice è basarsi sui valori di ammortamento calcolati in base all’esperienza di analisi eseguite su sistemi in esercizio da anni, e riportati dalla letteratura di settore. Le normative tedesche assegnano al ciclo di vita del gres ceramico 80-100 anni, mentre alle tubazioni in plastica 50. Solo la recente versione Lawa, dietro pressione delle industrie plastiche, non fa più riferimento alle differenze specifiche dei vari materiali.
In Europa molti comuni si stanno costruendo proprie banche dati e si stanno dotando dei necessari software per le valutazioni economiche legate alla durata degli impianti fognari. A Rotterdam le aspettative di durata sono calcolate sulla base di misurazioni degli indici di riempimento delle tubazioni e del livello di cedimento delle condotte e, per poter stimare il livello di corrosione, sono state carotate diverse tubazioni in calcestruzzo traendo conclusioni precise sul tipo di materiale. Diverse grandi città hanno effettuato analisi similari basate sulla valutazione del livello dei danni in conformità alle normative vigenti, in questo modo si è giunti alla conclusione che tubazioni in gres posate prima del 1924 non necessitavano d’interventi di rinnovamento, al contrario di quanto segnalato dalla classificazione dei danni su tubazioni in plastica, anche se installate in tempi recenti. A Düsseldorf, sulla base di queste valutazioni, sono stati aumentati i periodi d’ammortamento del gres ceramico e, parzialmente, del calcestruzzo, mentre sono stati diminuiti drasticamente i periodi d’ammortamento delle tubazioni in plastica, rispetto a quelli utilizzati sino ad allora. Anche a Dresda è stata effettuata una stima delle aspettative di vita dei sistemi fognari sulla base di indagini con videocamera e di classificazioni dei danni, che hanno dato ampi vantaggi al gres ceramico.

Caratteristiche fisiche
Mentre la fondazione in calcestruzzo era stata, nel corso del tempo, oggetto di attacco chimico, la condotta in gres è rimasta intatta sia internamente che esternamente (come dimostrato da un test eseguito alla pressione di 5 m di colonna d’acqua con sforzo di taglio a 25 N/mm di diametro).
Campioni di poliuretano morbido prelevati dal giunto sono risultati conformi ai requisiti di norma correnti, con una deformazione del 13,5% mentre la pressione di giunzione (1,0 N/mm2) ha raggiunto il quadruplo del valore minimo. Per cui la resistenza meccanica, nei 25 anni di esercizio, non è stata minimanente intaccata, resistendo ad un carico limite di rottura pari a 82 kN/m (ben superiore ai 45 kN/m previsto dalla normativa vigente all’epoca della produzione del materiale).
Al contrario, se si soggetta a taglio o si carica puntualmente una tubazione in Pvc in funzione da decenni si provoca una rottura netta in quanto il modulo di elasticità del materiale sarà diminuito più del 50%. Per questo motivo, nelle verifiche statiche, il modulo elastico del Pvc viene assunto pari 3.600 N/mm2 per il beve termine e 1.750 N/mm2 nel lungo termine.
Tale calo di resistenza comporta rischi soprattutto nel caso di successivi scavi nelle vicinanze del sistema fognario per installare o rinnovare le infrastrutture esistenti, frequentemente effettuati con tecniche di perforazione (directional drilling) che non consentono il controllo del costipamento del sottosuolo e dell’area circostante.
Se viene disturbato il costipamento del terreno di rinfianco, vengono meno le condizioni necessarie per la stabilità e la tenuta dell’opera nel tempo. In particolare va segnalato come la resistenza allo schiacciamento delle tubazioni in Gres negli ultimi anni, aumentata anche grazie alla normativa di prodotto europea EN 295, abbia raggiunto nelle attuali produzioni europee valori di rottura allo schiacciamento superiori del 30% a quanto previsto per i vari diametri e classi di resistenza dalla stessa normativa.
Le tubazioni in gres ceramico garantiscono, oltre all’alta resistenza ai carichi, anche l’elevata flessibilità nei giunti. Conformemente alle normative EN 295 infatti le tubazioni in gres ceramico sono testate a una pressione interna ed esterna di 0,5 bar, con una deformazione angolare fino a 20 mm ogni metro di condotta. La misurazione delle deformazioni (realizzata tramite telecamera e successiva scansione digitale, più precisa, oppure tramite l’inserimento di un calibro a corsoio che consente la sola misurazione in senso verticale ed orizzontale) dovrebbe essere parte integrante di ogni ordine d’acquisto soprattutto nel caso di condotte in Pvc, soggette a ovalizzazione immediatamente dopo la fase di riempimento della trincea, in modo da avere una base di riferimento per valutare l’impianto sia immediatamente dopo l’installazione, che dopo un periodo di 5 anni e per poter aver una garanzia a lungo termine di una deformazione massima del 6%.
Per quanto concerne l’impermeabilità, il rigorosissimo test olandese CUR viene eseguito alla pressione di 0,1 bar, corrispondente ad un livello d’acqua di 1 m, e prevede l’eventuale aggiunta di acqua, non oltre 0.0001 l/m2 di superficie interna, per mantenere la pressione di 0,1 bar. I test a cui sono sottoposti i tubi in gres ceramico, sono invece effettuati sia a pressione più elevata ma soprattutto a un maggiore “assorbimento visibile”. Tale assorbimento è legato alla costruzione del bicchiere, dalla cui area circostante non è semplice rimuovere completamente tutta l’aria prima della misurazione, che risulta quindi compromessa. I test previsti dallo Standard Europeo per le tubazioni in gres ceramico sono comunque sufficientemente rigorosi per provarne l’impermeabilità.

Posa
Spesso si sente dire che la posa di condotte in Pvc sia più semplice, quindi più economica, rispetto alla posa di tubazioni in gres. In effetti per queste, trattandosi di segmenti rigidi, è richiesta l’esecuzione di un letto di ghiaia o sabbia sul quale adagiare la condotta, previa esecuzione della nicchia sotto il bicchiere.
Il materiale di scavo, opportunamente vagliato e privato da grossi trovanti, può essere normalmente riutilizzato per il rinfianco e riempimento.
Le condotte in Pvc invece necessitano del supporto del rinfianco per contenere, nel tempo, le deformazioni. È quindi di fondamentale importanza il livello di compattazione del rinfianco, ciò spiega il perché sia spesso necessario un completo rinfianco con sabbia-cemento, come suggerito dalle linee guida tedesche ATV A 127.
Tali prevedibili deformazioni comportano una necessaria attenzione in fase di posa, nel superamento di ostacoli e nel collegamento tra diverse reti, al fine di evitare eccessivi carichi puntuali, tensioni superficiali, curvature, tali da portare ad ostruzioni, rotture o crepe.
Suoli instabili implicano l’utilizzo di condotte rigide capaci di alte resistenze ai carichi; anche al di sotto di manti stradali o ferrovie, dove le sollecitazioni e le vibrazioni sono consistenti, si rendono opportune tubazioni rigide e giunti elastici in maniera da garantire la stabilità dell’intera struttura e l’impermeabilizzazione anche nei punti più delicati.
I giunti di collegamento a L dei prodotti in gres ceramico presentano un’ampia superficie di contatto garantendo una perfetta chiusura ermetica, reagendo meglio alle vibrazioni rispetto a giunzioni più piccole e rigide, tipiche dei tubi in Pvc.
Per il collegamento tra singola condotta e rete principale esistono dei pezzi speciali in gres ceramico progettati e adattati a singole esigenze. Uno standard olandese ha stabilito per questi accessori, installabili anche ad una condotta in gres ceramico già esistente, una resistenza minima di 4 tonnellate, ben al di sotto dei test di laboratorio (7,5 tonnellate).
Per ciò che riguarda la velocità di installazione, le tubazioni in gres ceramico, di 1 o 1,5 m, utilizzate per allacciamenti (solitamente di diametro 150) sono più pesanti ma possono essere maneggiate senza problemi anche manualmente. La leggerezza delle tubazioni in Pvc diviene uno svantaggio non appena vengono posate sul fondo della trincea in quanto durante la compattazione laterale tendono a spostarsi.
La possibilità di lunghezze maggiori non comporta sempre un vantaggio in quanto per consentire allacciamenti ad altre condotte sono frequenti i cambi di pendenza e quindi tubazioni corte. È per altro da evitare lo sfruttamento della deformabilità delle tubazioni in plastica per adattarle alle esigenze del fondo in quanto origine di stress locali e punti di debolezza localizzati.
Differenti “water companies” inglesi, nelle loro direttive, hanno limitato le dimensioni dei moduli per le protezione degli scavi ad un massimo di 3 metri fissando limiti precisi al valore massimo consentito della deformazione o della pressione durante la pulizia con getti ad alta pressione (4000 ps = 275 bar).

Manutenzione
In seguito all’introduzione di programmi specifici per la pulizia di impianti fognari, stanno assumendo sempre più importanza la manutenzione periodica e soprattutto la pulizia con getti ad alta pressione. Infatti le minime pendenze adottate consentono sempre più spesso depositi di materiali incoerenti nelle condotte. Le norme relative alle condotte Prfv specificano che la pressione non può superare i 150 bar e che l’angolo tra il getto e la parete non deve essere superiore ai 15°.
Il progetto di norma europeo prEN 19517 descrive come effettuare i test per valutare la resistenza dei materiali per fognatura alla pulizia con canal-jet. Lo standard distingue tra un test dinamico che comporta un ugello in movimento con pressione di 120 bar (simulazione pulizia manutentiva) ed un test statico con pressione di 340 bar (deblocking). In un recente esperimento sono stati testati: calcestruzzo, gres, Pvc, Pead, Prfv e ghisa sferoidale. Ad eccezione di uno, tutti i materiali hanno superato il test dinamico (120 bar). Sia la condotta in Pvc (con spessore parete 9,6 mm) che quella in gres ceramico non hanno riportato alcun danno.
La condotta in Pvc non ha invece superato il test statico e 16 secondi dopo l’inizio della prova è stata perforata in molte posizioni, ad eccezione dei punti di ancoraggio Le perforazioni avevano una dimensione di 4x2x9,5 mm e la parete circostante al foro 5x5 mm era piegata. La condotta in gres ceramico non ha subito alcun danno risultando la migliore nella resistenza al test “deblocking”.