La risposta breve: perché Tubo in PE Adatto alla fornitura di acqua sotterranea
Il tubo in PE è ampiamente utilizzato nei progetti di approvvigionamento idrico sotterraneo perché combina giunti fusi a prova di perdite, flessibilità sotto i movimenti del terreno, resistenza alla corrosione, foro liscio e una durata prevista di 50 anni o più in un materiale leggero che si installa rapidamente. Ognuna di queste caratteristiche risolve un problema che le linee d’acqua interrate affrontano ogni giorno: chimica del suolo, assestamenti, carichi di traffico, picchi di pressione e il costo di scavare una linea danneggiata.
Il materiale alla base di queste prestazioni è il polietilene ad alta densità, spesso fornito come composti PE100 o PE80 secondo la serie ISO 4427 per l'approvvigionamento idrico. Un composto PE100 ha una resistenza minima richiesta di 10 MPa, che consente ai progettisti di scegliere pareti più sottili per una determinata pressione rispetto a quelle consentite dai composti di qualità inferiore. Le lunghezze dei tubi possono essere unite mediante fusione di testa o elettrofusione in un percorso continuo in cui il giunto è progettato per essere resistente quanto la parete del tubo.
Questo articolo spiega i motivi in dettaglio. Copre il comportamento dei materiali, l'integrità del giunto, le specifiche dei tubi in PE, la pressione nominale dei tubi in PE, le applicazioni dei tubi in PE, i metodi di installazione e la durata di servizio dei tubi in PE, con grafici e tabelle che facilitano il confronto dei numeri.
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Motivi principali per cui viene scelto il tubo in PE per le linee d'acqua interrate
I proprietari dei progetti, i servizi pubblici e gli ingegneri progettisti tendono a citare la stessa manciata di ragioni quando viene loro chiesto perché scelgono i tubi in PE per i lavori sotterranei. L'elenco seguente li raggruppa in base al problema che ciascuno risolve.
- Comportamento alla corrosione: il polietilene non arrugginisce e non fa affidamento su un rivestimento o un rivestimento per la protezione, quindi i terreni aggressivi o variabili hanno poco effetto sul muro.
- Giunti fusi: la fusione del calore crea un giunto omogeneo, che riduce il numero di potenziali percorsi di perdita lungo una linea.
- Flessibilità: il tubo può piegarsi lungo una curva delicata e tollerare il movimento del terreno senza rompersi.
- Peso leggero: una densità vicina a 0,95 g/cm3 significa che gli equipaggi possono gestire molte dimensioni con attrezzature leggere e che i tratti lunghi possono essere trasportati in modo efficiente.
- Foro liscio: I riferimenti di progettazione PPI utilizzano comunemente un fattore C Hazen-Williams pari a 150 e la parete interna non si irruvidisce a causa della corrosione nel tempo.
- Compatibilità senza trench: la perforazione direzionale orizzontale, lo scoppio dei tubi e il rivestimento antiscivolo sono tutti adatti ai tubi in PE, che riducono i danni alla superficie.
- Lunga durata di progettazione: I valori di pressione ISO 4427 si basano su una base di progettazione di 50 anni a 20 gradi Celsius.
- Tolleranza alle sovratensioni: il modulo elastico relativamente basso del polietilene riduce la velocità delle onde di pressione, il che riduce la dimensione degli eventi di sovratensione rispetto ai materiali più rigidi.
Come si comporta il materiale del tubo in PE nel sottosuolo
Sottoterra, una tubatura dell'acqua vive in un ambiente ostile. Trasporta la pressione interna, sostiene i carichi del suolo e del traffico dall'alto ed è a contatto con le acque sotterranee, i minerali e i microbi. Il comportamento del polietilene in queste condizioni spiega gran parte del suo successo nel settore.
Resistenza al suolo e alle falde acquifere
Il polietilene è un polimero idrocarburico non polare. Non reagisce con i sali, gli acidi e gli alcali comunemente presenti nei terreni naturali e non supporta la corrosione elettrochimica. Per le linee interrate ciò elimina la necessità di sistemi di protezione catodica, involucri esterni e rivestimenti interni, riducendo sia la complessità della progettazione che i compiti di ispezione a lungo termine.
Flessibilità e movimento del terreno
Il suolo è raramente stabile. I cambiamenti stagionali dell'umidità, gli scavi nelle vicinanze e piccoli assestamenti producono tutti piccoli movimenti lungo una pipeline. Il tubo in PE ha un basso modulo ed un'elevata capacità di deformazione, quindi segue questi movimenti elasticamente. Il Manuale PPI dei tubi in polietilene e l'AWWA M55 descrivono entrambi il design del tubo flessibile, in cui il terreno attorno al tubo trasporta parte del carico e il tubo si flette leggermente sotto di esso. Una lettiera e una compattazione adeguate sono ciò che fa funzionare questo sistema.
Prestazioni idrauliche
La parete interna del tubo in PE è liscia e rimane liscia perché non si accumulano prodotti di corrosione. La capacità di flusso ad un dato diametro è quindi più facile da prevedere dopo decenni di servizio. Perdite per attrito inferiori possono anche consentire pompe più piccole o una minore energia di pompaggio, il che è importante su linee di trasmissione più lunghe.
Crescita e tenacità lente delle crepe
I moderni composti PE100 sono resine bimodali, il che significa che combinano una forte frazione cristallina con una frazione più tenace che resiste alla crescita delle crepe. Questo design è il motivo per cui il PE100 può essere classificato per sollecitazioni più elevate pur mantenendo una buona resistenza ai carichi puntuali provenienti dalle pietre nella trincea. Specificare la lettiera di sabbia, come mostrato più avanti in questo articolo, riduce ulteriormente il rischio di contatto puntuale.
| Proprietà | Valore tipico | Perché è importante Underground |
|---|---|---|
| Densità | Circa 0,95 g/cm3 | Movimentazione più semplice e carico di trasporto inferiore |
| SIGNORA, PE100 | 10 MPa | Maggiore capacità di pressione su una determinata parete |
| SIGNORA, PE80 | 8MPa | Adatto a carichi di pressione moderata |
| Sollecitazione di progettazione, PE100 / PE80 | 8MPa / 6.3 MPa | Basato su un coefficiente di progettazione di 1,25 |
| Hazen-Williams C | Circa 150 | Il foro liscio mantiene bassa la perdita di attrito |
| Dilatazione termica lineare | Circa 0,2 mm per metro per grado Celsius | Considerato nelle corse lunghe ed esposte e nei punti di ingresso |
Giunti fusi e perché riducono il rischio di perdite
In molte reti interrate, i giunti sono il luogo più comune in cui iniziano le perdite. PE Pipe risolve questo problema direttamente attraverso la fusione termica. Durante la fusione di testa, le estremità del tubo vengono riscaldate contro una piastra, pressate insieme sotto pressione controllata e raffreddate in posizione. I due tubi diventano un unico pezzo di materiale continuo. Nell'elettrofusione, un giunto o una sella con un filo riscaldante incorporato scioglie le superfici in corrispondenza del giunto.
Il risultato è una tubazione che può essere progettata senza blocchi reggispinta in molti raccordi, poiché i giunti fusi resistono allo sfilamento. Ciò significa anche che è possibile saldare un lungo tratto fuori terra accanto alla trincea e poi abbassarlo in posizione, riducendo il tempo in cui la trincea rimane aperta.
Metodi di unione comuni
- Fusione di testa: tipicamente utilizzato per tratti rettilinei di diametro maggiore in cui tubi e raccordi hanno uno spessore di parete corrispondente.
- Elettrofusione: adatto per riparazioni, assemblaggi, maschiatura di selle e spazi di lavoro ristretti.
- Accoppiamenti meccanici: utilizzato per collegamenti ad altri sistemi e per riparazioni rapide, con vincolo fornito dal design del giunto.
La qualità della fusione dipende dall'operatore, dall'attrezzatura e dal processo. Seguire i parametri di fusione nella procedura del produttore di tubi e registrare ogni giunto sono pratiche comuni su progetti ben gestiti.
Specifiche dei tubi in PE per l'approvvigionamento idrico
La comprensione delle specifiche dei tubi in PE inizia con due numeri: il diametro esterno nominale, scritto come dn, e il rapporto dimensionale standard, scritto come DSP. DSP è il diametro esterno diviso per lo spessore della parete. Un SDR inferiore significa una parete più spessa e una classe di pressione più elevata. Poiché il rapporto è fisso entro un SDR, per tutte le dimensioni si applica lo stesso valore nominale di pressione, il che semplifica la progettazione.
Gamma dimensionale e formato di fornitura
Il tubo dell'acqua in PE è comunemente prodotto con un diametro esterno di circa 20 mm fino a 1000 mm e oltre. Le misure più piccole vengono solitamente fornite in bobine, mentre le misure più grandi in lunghezze diritte come 6 metri o 12 metri. Le bobine riducono il numero di giunti sulle linee di servizio e i tratti rettilinei si adattano alle condutture installate mediante fusione di testa.
Lo spessore della parete in breve
Lo spessore della parete per un dato diametro segue la formula e = dn diviso per SDR, arrotondato al valore standard. La tabella seguente mostra lo spessore della parete per un tubo in PE da 110 mm nella comune serie SDR.
Come lo spessore della parete cresce con il diametro
A un SDR fisso, il muro cresce in proporzione al diametro. Il grafico a linee mostra il tubo in PE SDR 17, una scelta comune per reti idriche classificate PN10 in PE100.
Punti chiave da confermare su una scheda tecnica
- Grado del materiale, come PE100 o PE80.
- Diametro nominale e SDR, con la conseguente classe PN.
- Lunghezza e formato di fornitura, bobina o diritto.
- Identificazione tramite colori o strisce per l'uso di acqua potabile.
- Lo standard di prodotto in base al quale è realizzato il tubo, ad esempio la serie ISO 4427.
- Raccordi coordinati nello stesso SDR per la giunzione a fusione.
Spiegazione della pressione nominale del tubo in PE
La pressione nominale del tubo in PE è espressa come PN, la pressione nominale in bar a 20 gradi Celsius per l'acqua. Un tubo PN10 è valutato per una pressione di esercizio di 10 bar, ovvero circa 1 MPa. La relazione utilizzata nella serie ISO 4427 è:
PN = 20 x MRS / (C x (SDR - 1)) , dove C è il coefficiente di progetto, normalmente almeno 1,25 per l'acqua.
Per PE100 a SDR 17 si ottiene 20 x 10 / (1,25 x 16), che equivale a 10 bar. Per PE100 a SDR 11 dà 16 bar. Il calcolo mostra perché una resina di qualità superiore aiuta: la stessa parete sopporta più pressione, oppure una parete più sottile può sopportare la stessa pressione.
| SDR | PE100 PN (bar) | PE80 PN (bar) | Parete a dn 110 (mm) |
|---|---|---|---|
| 41 | 4 | 3.2 | 2.7 |
| 33 | 5 | 4 | 3.4 |
| 26 | 6 | 5 | 4.2 |
| 21 | 8 | 6 | 5.3 |
| 17 | 10 | 8 | 6.6 |
| 13.6 | 12.5 | 10 | 8.1 |
| 11 | 16 | 12.5 | 10.0 |
Considerazioni sulla temperatura e sulle sovratensioni
I valori PN sopra riportati si riferiscono all'acqua a 20 gradi Celsius. A temperature dell'acqua più elevate la pressione consentita viene ridotta utilizzando un fattore di rivalutazione fornito dal produttore del tubo o dal Manuale PPI. I progettisti controllano anche la pressione di picco. Poiché il PE ha un modulo basso, le onde di pressione viaggiano più lentamente e sono spesso più piccole rispetto ai sistemi più rigidi, ma il controllo fa ancora parte della normale pratica di progettazione per le reti di pompaggio.
Applicazioni di tubi in PE nella fornitura di acqua sotterranea
Le applicazioni per tubi in PE coprono quasi ogni fase di una rete idrica, dall'uscita dell'impianto di trattamento alla connessione al cliente. Gli usi più comuni sono descritti di seguito.
Rete di distribuzione comunale
Le condutture urbane di dimensioni da 110 mm a 630 mm sono spesso posate in PE100 a SDR 17 o SDR 11. Le linee fusibili continue riducono il numero di giunti sotto le strade, dove i lavori di riparazione sono distruttivi.
Connessioni di servizio
Il tubo in PE di piccolo diametro in bobine va dal confine principale al confine della proprietà. Le lunghe lunghezze della bobina fanno sì che un tubo possa spesso raggiungere la sella di presa alla cassetta dei contatori senza alcun giunto intermedio.
Fornitura rurale e di villaggio
Le lunghe linee di trasmissione su terreni aperti beneficiano di leggerezza e lunghezze elevate. Gli equipaggi possono saldare sezioni lungo il percorso e trascinarle nella trincea, il che si adatta ai progetti con accesso limitato alle attrezzature.
Acque industriali e di processo
Impianti, miniere e campus utilizzano linee in PE interrate per l'acqua di raffreddamento, l'acqua di processo e l'acqua antincendio, dove l'esposizione chimica nel suolo e nell'acqua ridurrebbe la vita di altri materiali.
Attraversamenti e posa senza scavo
Gli attraversamenti fluviali, stradali e ferroviari sono spesso completati mediante perforazione direzionale orizzontale. Il tubo in PE è adatto a questo metodo perché è sufficientemente flessibile da seguire il percorso del foro e i suoi giunti fusi sopportano la forza di trazione.
Riabilitazione delle linee esistenti
Il rivestimento scorrevole posiziona un tubo in PE più piccolo all'interno di un vecchio tubo ospite e la rottura del tubo sostituisce la vecchia linea con un nuovo tubo in PE di dimensioni uguali o maggiori lungo lo stesso allineamento. Entrambi i metodi riducono lo scavo superficiale nei centri abitati.
Aree con movimento del suolo
Nelle regioni con terreni in assestamento, subsidenza mineraria o attività sismica, le linee flessibili fuse sono spesso preferite perché possono accogliere il movimento senza separazione dei giunti.
Metodi di installazione e pratica in trincea
Le prestazioni del tubo in PE sotterraneo dipendono tanto dall'installazione quanto dal tubo stesso. Una trincea ben preparata sostiene il tubo in modo uniforme e mantiene i carichi concentrati lontani dal muro. Il diagramma isometrico seguente mostra una tipica sezione trasversale interrata.
Tipica sequenza in trincea aperta
- Scavare la trincea alla profondità e larghezza previste, con una base stabile e priva di punti rocciosi.
- Posizionare uno strato di sabbia o materiale granulare fine e livellarlo in modo che il tubo poggi per tutta la sua lunghezza.
- Fondere le sezioni del tubo accanto alla trincea, ispezionare i cordoni dei giunti e registrare i dati di fusione.
- Calare il tubo nello scavo senza curve strette, utilizzando imbracature adatte al polietilene.
- Disporre il riempimento laterale a strati e compattarlo uniformemente su entrambi i lati, poiché il terreno attorno al tubo sostiene parte del carico.
- Aggiungere la copertura iniziale sopra la corona, quindi completare il riempimento a strati fino al livello del suolo.
- Effettuare prove di pressione seguendo il metodo indicato nelle specifiche di progetto, tenendo conto del comportamento viscoelastico del PE durante la prova.
- Lavare e disinfettare la linea prima della messa in servizio.
Opzioni senza trench
La perforazione direzionale orizzontale è adatta agli attraversamenti e ai lunghi percorsi in cui i disagi alla superficie devono essere limitati. Rottura di tubazioni e sostituzione o rinnovo di tute di rivestimento in allineamenti esistenti. In tutti e tre, il tubo è installato sotto tensione, quindi il limite della forza di trazione per l'SDR scelto deve essere verificato con il produttore prima che inizi la trazione. Anche il raggio di curvatura è importante: la guida comunemente citata varia da circa 20 a 35 volte il diametro esterno a seconda dello spessore della parete e della temperatura.
Durata utile del tubo in PE sotterraneo
50 anni o più
La durata di servizio dei tubi in PE è legata ai principi di progettazione della norma ISO 4427, che valuta la pressione per un periodo di servizio di 50 anni a 20 gradi Celsius. Fonti del settore come il Plastics Pipe Institute discutono di vite oltre i 50 anni in cui le condizioni operative rimangono entro i limiti di progettazione. La durata effettiva dipende dalla pressione operativa, dalla temperatura, dalla qualità dell'installazione e dalla chimica dell'acqua.
Fattori che influenzano la vita utile
- Stress operativo: correre ben al di sotto della pressione nominale lascia un margine contro lo stress a lungo termine.
- Temperatura: temperature dell'acqua elevate e prolungate riducono la resistenza a lungo termine di qualsiasi tubo in polietilene.
- Caricamento del punto: sassi, lettiera irregolare e scarsa compattazione creano stress locali sulla parete.
- Eventi di impennata: le grandi onde di pressione ripetute aggiungono stress da fatica, quindi il controllo della pompa e i tempi di chiusura della valvola sono importanti.
- Esposizione al disinfettante: I livelli di cloro e clorammine nell'acqua potabile vengono presi in considerazione durante la selezione del composto e i moderni composti per acqua PE100 sono formulati con stabilizzanti per questo compito.
- Esposizione ai raggi UV prima della sepoltura: i tubi conservati all'aperto per lunghi periodi sono solitamente coperti, anche se i tubi dell'acqua neri o rigati contengono stabilizzatori.
Dato che il tubo non si corrode, lo spessore della parete disponibile al termine della sua vita utile è molto più vicino a quello della parete installata il primo giorno. Questa è una differenza fondamentale nel modo in cui viene pianificata la vita utile del tubo in PE interrato.
Selezione del giusto grado di tubo in PE e SDR
La scelta tra PE100 e PE80 dipende dalle esigenze di pressione, diametro e movimentazione. PE100 consente una parete più sottile alla stessa pressione, che aumenta il diametro interno e la capacità di flusso. Il PE80 è leggermente più flessibile allo stesso SDR e viene utilizzato per compiti di pressione moderata. Il grafico radar mostra un confronto qualitativo su una scala a cinque punti.
Un semplice percorso di selezione
- Definire la pressione di esercizio massima, inclusa la tolleranza per il picco.
- Scegli un grado e un SDR che soddisfino tale pressione alla temperatura dell'acqua più alta prevista.
- Controllare il diametro interno rispetto al flusso richiesto e alla velocità accettabile.
- Abbinare il metodo di installazione, poiché le installazioni tirate richiedono maggiore attenzione allo spessore delle pareti e ai limiti di trazione.
- Confermare la disponibilità del raccordo nello stesso SDR per l'unione della fusione.
Lista di controllo pratica per progetti di tubi in PE sotterranei
La lista di controllo seguente raccoglie le pratiche che appaltatori esperti e ingegneri di servizi pubblici applicano comunemente sui progetti di acqua PE interrata.
- Confermare le marcature dei tubi alla consegna: grado, SDR, diametro, standard e lotto di produzione.
- Conservare il tubo su un terreno pianeggiante, sostenuto per tutta la sua lunghezza e tenere le bobine lontane da spigoli vivi.
- Utilizzare operatori di fusione addestrati e macchine calibrate e conservare registri congiunti.
- Rimuovere le pietre dalla lettiera e dal materiale di riempimento iniziale.
- Riempimento laterale compatto a strati, mantenendo la stessa pressione su entrambi i lati del tubo.
- Contrassegnare il percorso con un nastro di avvertenza sopra il tubo e aggiungere un filo tracciante dove è richiesta la localizzazione.
- Lasciare che il tubo raggiunga la temperatura del suolo prima dei collegamenti finali, poiché si espande e si contrae con la temperatura.
- Prova di pressione in linea con il metodo specificato, quindi sciacquare e disinfettare.
- Registrare le posizioni as-built in modo che il lavoro futuro possa individuare la linea.
Informazioni su Jiangyin Huada e sulla sua fornitura di tubi in PE
Jiangyin Huada è stata fondata nel 2003 ed è una forza pionieristica nel settore dei tubi in plastica, integrando ricerca e sviluppo professionale, produzione, test e vendita di prodotti e accessori. Dalla progettazione e produzione personalizzate all'approvvigionamento, all'installazione e alla manutenzione post-vendita, l'azienda offre ai clienti un'esperienza completa e completa.
Il sistema di prodotti è completo e diversificato e i prodotti vengono esportati in oltre 30 paesi e regioni, tra cui Europa occidentale, Africa orientale, Sud-est asiatico, Nord America e Medio Oriente. I tubi sono supportati da rapporti di test indipendenti di istituti terzi. L'azienda ha completato numerosi progetti di alto livello in patria e all'estero, tra cui la centrale nucleare del Bangladesh, la rete belga di condotte di telecomunicazioni e l'aeroporto di Pechino Daxing.
Per l'approvvigionamento idrico sotterraneo, questa esperienza supporta i team di progetto nell'adattare la qualità dei tubi in PE, gli SDR e i raccordi al compito, dalle piccole linee di servizio alle condutture di grande diametro.
Domande frequenti sui tubi in PE
Cos'è il tubo in PE?
Il tubo in PE è un tubo realizzato in polietilene, un polimero termoplastico. Per l'approvvigionamento idrico viene solitamente realizzato con composti PE100 o PE80 e uniti mediante fusione termica in una linea continua.
Cosa significa PE nei tubi?
PE sta per polietilene. I numeri in PE100 e PE80 si riferiscono al grado del materiale, basato su una resistenza minima richiesta rispettivamente di 10 MPa e 8 MPa.
A cosa servono i tubi in PE?
Le applicazioni dei tubi in PE includono condutture idriche comunali, collegamenti di servizi, linee di fornitura rurali, acque di processo industriali, attraversamenti senza trincee e il rinnovamento di linee esistenti mediante rivestimento o rottura di tubi.
Qual è la dimensione standard del tubo in PE?
Il tubo dell'acqua in PE è comunemente realizzato con un diametro esterno di circa 20 mm fino a 1000 mm e oltre. Le classi di pressione comuni derivano da valori SDR come 17 e 11, che mettono in relazione lo spessore della parete con il diametro.
Come si calcola lo spessore della parete del tubo in PE?
Dividere il diametro esterno nominale per l'SDR e arrotondarlo al valore standard. Ad esempio, un tubo da 110 mm a SDR 17 ha una parete di circa 6,6 mm.
Qual è la pressione nominale del tubo in PE?
La valutazione della pressione del tubo in PE dipende dal grado e dall'SDR. Per PE100, SDR 17 corrisponde a PN10 e SDR 11 a PN16 a 20 gradi Celsius, sulla base di un coefficiente di progettazione di 1,25.
Quanto dura il tubo in PE sottoterra?
I valori di pressione ISO 4427 utilizzano una base di progettazione di 50 anni a 20 gradi Celsius e fonti del settore discutono di durate più lunghe in condizioni adeguate. La pressione operativa, la temperatura e la qualità dell'installazione influiscono tutti sul risultato.
Come vengono collegati i tubi in PE nel sottosuolo?
I metodi usuali sono la fusione di testa per giunti tubo-tubo e l'elettrofusione per giunti e selle. Gli accoppiamenti meccanici vengono utilizzati laddove è necessario il collegamento a un altro sistema.
È possibile installare il tubo in PE senza scavi aperti?
SÌ. La perforazione direzionale orizzontale, lo scoppio dei tubi e il rivestimento scorrevole sono metodi comuni senza scavi per i tubi in PE, perché il materiale è flessibile e i giunti fusi possono sopportare carichi di trazione.
