Forze di spinta idrauliche

Le forze di spinta idraulica si manifestano in corrispondenza di cambi di direzione (curve, raccordi a T), riduzioni di diametro (riduzioni) e alle estremità di una condotta che trasporta un fluido in pressione. Queste forze possono essere significative e devono essere bilanciate da opportuni sistemi antisfilamento o blocchi di ancoraggio. 

La tabella seguente riporta le forze di spinta per una pressione di 1 bar. (Per pressioni diverse, moltiplicare per il valore in bar della pressione di prova in loco). 

DN	Spinta F in daN per 1 bar
	Tee e piatti ciechi	Curve da 1/4"	Curve da 1/8"	Curve da 1/16"	1/32 Curve
60	47	66	36	18	9
80	75	107	58	29	15
100	109	155	84	43	21
125	163	230	125	63	32
150	227	321	174	89	44
200	387	547	296	151	76
250	590	834	451	230	116
300	835	1.180	639	326	164
350	1.122	1.587	859	438	220
400	1.445	2044	1106	564	283
450	1809	2.559	1.385	706	355
500	2.223	3.144	1.701	867	436
600	3.167	4.479	2.424	1.236	621
700	4.278		3.274	1.669	839
800	5.568		4.262	2.173	1092
900	7014		5.368	2.737	1.375
1000	8.626		6602	3.366	1.691
1100	10.405		7.964	4.060	2040
1200	12.370		9.468	4.827	2.425
1400	16.787		12.848	6.550	3.291
1500	19.236		14.723	7.506	3.771
1600	21.851		16.724	8.526	4.284
1800	27.612		21.133	10.773	5.413
2000	34.045		26.057	13.284	6.674

  

Quali sono i rischi associati alle forze di spinta idraulica? 

Le forze di spinta idraulica possono causare lo sbicchieramento dei tubi e dei raccordi se non compensate da blocchi di ancoraggio in calcestruzzo o dispositivi antisfilamento. 

Valore del coefficiente K in base al tipo di raccordo
Raccordo	K
Piatto cieco	1.000
Curva da 1/4"	1.414
Curva da 1/8"	0,765
Curva da 1/16"	0,390
Curva 1/32	0,196
Cono	1 S'/S (S' sezione più piccola)

  

Maggiore libertà nella progettazione della rete 

Verso la scomparsa dei blocchi di ancoraggio in calcestruzzo 

L'adozione di giunti antisfilamento sta sostituendo sempre più i blocchi di ancoraggio in calcestruzzo. Questi blocchi, essendo pesanti e ingombranti, presentano numerosi svantaggi: 

• Dimensioni del cantiere 

Maggiore è il diametro delle tubazioni, maggiori sono le dimensioni del cantiere. Questo può causare seri problemi di congestione delle infrastrutture (gas, fognature, telecomunicazioni, reti via cavo, ecc.).

• Durata dell'apertura della trincea 

Le norme vigenti per le opere in calcestruzzo prescrivono un periodo di maturazione di 28 giorni prima che il calcestruzzo possa essere utilizzato come supporto. Nella pratica, anche se questo periodo venisse ridotto, rappresenterebbe un vincolo significativo e non sarebbe più accettabile in ambienti urbani. 

• Rischi di destabilizzazione a lungo termine 

L'origine di questi rischi può essere naturale, dovuta a terreni accidentati, oppure causata da lavori di scavo nelle vicinanze di altre reti di servizi, in particolare nelle aree urbane. Questi fenomeni compromettono la stabilità, e quindi la longevità, delle strutture in calcestruzzo.

• Un'eredità difficile da gestire 

Quando sarà necessario intervenire nuovamente sulla condotta, o in un futuro più lontano per smantellarla al termine del suo ciclo di vita, si dovranno intraprendere ingenti lavori di demolizione. 

Un approccio moderno all'approvvigionamento idrico utilizzando giunti antisfilamento.

L'utilizzo di giunti antisfilamento sta progredendo molto rapidamente nella maggior parte dei paesi e su scala globale. Queste tecnologie offrono infatti vantaggi significativi: 

• Ingombro ridotto 

Lo spazio occupato dalle condotte dotate di giunti antisfilamento è lo stesso di quello della condotta stessa. Questo lascia spazio sufficiente per altre reti. Inoltre, contribuisce a ridurre il volume del materiale di scavo. 

• Riduzione dei vincoli logistici 

A causa dell'accessibilità, dei costi e di altri fattori, non è sempre facile reperire diversi metri cubi di calcestruzzo per la costruzione di blocchi di ancoraggio. Questo limita il traffico di camion, che spesso determina la velocità di installazione nella pratica. I tubi e raccordi con giunti antisfilamento sono leggeri e facili da trasportare sul sito di installazione, sia in aree urbane che rurali, in montagna o nei deserti più remoti.

• Velocità di installazione e messa in servizio 

I giunti antisfilamento sono molto rapidi da installare . Inoltre, possono superare un test idraulico subito dopo l'installazione. 

• Stabilità e durata comprovate 

I sistemi antisfilamento combinano la resistenza intrinseca dei giunti antisfilamento all'attrito con il terreno. Le raccomandazioni di PAM in merito alle lunghezze antisfilamento tengono conto del tipo di terreno e dei rischi associati ai lavori in prossimità delle tubazioni.

• Smontaggio possibile 

Lo smontaggio dei giunti antisfilamento rimane possibile, senza dover intraprendere pesanti e lunghi lavori di ingegneria civile, utilizzando gli strumenti forniti da PAM. 

• Maggiore flessibilità

Oggi, grazie ai sistemi antisfilamento, l'installazione e l'accettazione nei cantieri vengono accelerate con un livello di affidabilità senza pari: 

Non c'è bisogno di aspettare che il calcestruzzo si solidifichi. 

Una volta montati i giunti antisfilamento, i tubi sono pronti per essere sottoposti alla prova di pressione. 

• Prova idraulica su segmenti più brevi 

Diventa possibile testare sezioni di rete più brevi, il che facilita l'individuazione e la risoluzione di eventuali problemi e consente il rapido riempimento delle trincee. 
I sistemi antisfilamento PAM possono essere testati fino alla pressione di prova ammissibile (PEA) durante i test di accettazione. 

Soluzioni antisfilmanto per le installazioni più esigenti 

La gamma di soluzioni antisfilamento consente un adattamento ottimale anche alle situazioni di installazione più complesse: 

• Attraversamenti stradali, gallerie, ponti,
• Trivellazione orizzontale controllata (TOC)
• Posa in forte pendenza
• Installazione su terreni irregolari, sott'acqua, ecc. 

Sviluppo sostenibile 

• risparmio sui materiali: pochi chilogrammi di giunto antisfilamento sostituiscono diverse tonnellate di calcestruzzo
• risparmio di spazio
• economia dei trasporti (materiale di scavo, calcestruzzo)
• risparmio di tempo di installazione
• non è più necessario il legno per casseformi

Come si calcolano le lunghezze antisfilamento?

Il principio della tecnica consiste nell'utilizzare giunti antisfilamento su una lunghezza sufficiente su entrambi i lati di una zona di spinta idraulica, come una curva, al fine di mobilitare le forze di attrito terreno/tubo e bilanciare la forza di spinta. Il 
calcolo della lunghezza da rendere antisfilamento è indipendente dal tipo di giunto antisfilamento utilizzato e dipende dalla pressione di prova e dal diametro del tubo. 

Lunghezze antisfilamento per terreno medio e una pressione di prova di 10 bar (in m)
DN	Curve da 1/4"			Curve da 1/8"			Curve da 1/16"			Curve 1/32			Piatto cieco , ti
Altezza  di copertura	1 metro	1,5 metri	2 metri	1 metro	1,5 metri	2 metri	1 metro	1,5 metri	2 metri	1 metro	1,5 metri	2 metri	1 metro	1,5 metri	2 metri
80	4.5	3.1	2.3	2.8	1.9	1.5	1.6	1.1	0,8	0,8	0,6	0,5	5.7	3.9	3.0
100	5.4	3.7	2.8	3.4	2.3	1.8	1.9	1.3	1.0	1.0	0,7	0,5	6.9	4.7	3.6
125	6.6	4.5	3.4	4.1	2.8	2.1	2.3	1.6	1.2	1.2	0,8	0,6	8.4	5.7	4.4
150	7.7	5.3	4.0	4.8	3.3	2.5	2.7	1.8	1.4	1.4	1.0	0,7	9.8	6.7	5.1
200	9.9	6.8	5.2	6.1	4.2	3.2	3.4	2.4	1.8	1.8	1.3	1.0	12.6	8.7	6.6
250	12.0	8.3	6.4	7.5	5.2	4.0	4.2	2.9	2.2	2.2	1.5	1.2	15.3	10.6	8.1
300	14.1	9.8	7.5	8.7	6.1	4.7	4.9	3.4	2.6	2.6	1.8	1.4	17.9	12.5	9.6
350	16.0	11.2	8.6	9.9	7.0	5.4	5.6	3.9	3.0	2.9	2.1	1.6	20.3	14.3	11.0
400	17.9	12.6	9.7	11.1	7.8	6.0	6.2	4.4	3.4	3.3	2.3	1.8	22.8	16.0	12.4
450	19.7	14.0	10.8	12.3	8.7	6.7	6.9	4.9	3.8	3.6	2.6	2.0	25.1	17.8	13.8
500	21.5	15.3	11.9	13.4	9.5	7.4	7.5	5.3	4.1	4.0	2.8	2.2	27.4	19.5	15.1
600	25.0	17.9	14.0	15.5	11.1	8.7	8.7	6.2	4.9	4.6	3.3	2.6	31.8	22.8	17.8
700	28.2	20.4	16.0	17.5	12.7	9.9	9.8	7.1	5.6	5.2	3.8	2.9	35,8	25.9	20.3
800	31.2	22.8	17.9	19.4	14.1	11.1	10.9	7.9	6.2	5.8	4.2	3.3	39,8	29.0	22.8
900	34.1	25.0	19.8	21.2	15.6	12.3	11.9	8.7	6.9	6.3	4.6	3.7	43.4	31.9	25.2
1000	36.9	27.2	21.6	22.9	16.9	13.4	12.8	9.5	7.5	6.8	5.0	4.0	46.9	34.7	27.5
1100	39.4	29.4	23.4	24.5	18.2	14.5	13.7	10.2	8.1	7.3	5.4	4.3	50.2	37.4	29,8
1200	41.9	31.4	25.1	26.0	19.5	15.6	14.6	10.9	8.7	7.7	5.8	4.6	53.4	40.0	32.0
1400	46.2	35.1	28.3	28.7	21.8	17.6	16.1	12.2	9.8	8.5	6.5	5.2	58,9	44.7	36.0
1500	48.4	36.9	29.9	30.0	22.9	18.6	16.8	12.9	10.4	8.9	6.8	5.5	61.6	47.0	38.0
1600	50.4	38.7	31.4	31.3	24.0	19.5	17.5	13.5	10.9	9.3	7.1	5.8	64.2	49.3	40.0
1800	54.2	42.2	34.3	33.7	26.1	21.3	18.9	14.6	11.9	10.0	7.8	6.3	69.0	53,5	43.7

  

La lunghezza da rendere antisfilamento può essere influenzata da un fattore di sicurezza che è funzione di: 

• cura dell'applicazione
• qualità e compattazione del riempimento
• incertezza sulle caratteristiche fisiche del terreno

A titolo di esempio nel caso di terreno con media resistenza meccanica, costituito da ghiaia o sabbia limosa, con angolo di attrito interno di 30°, per un tubo con rivestimento biozinalium e fattore di sicurezza 1,2, e per una pressione di prova di 10 bar, le lunghezze da fissare sono indicate nella tabella soprastante. 
 
Ove applicabile, la presenza o la presenza parziale della falda freatica deve essere tenuta in considerazione correggendo il peso del tubo pieno con il corrispondente principio di Archimede. 

Blocchi di ancoraggio in calcestruzzo 

Anche l'uso dei blocchi di ancoraggio in calcestruzzo è una tecnica progettata per resistere alle forze di spinta idrauliche di una condotta in pressione e a bicchiere. Il suo utilizzo è ora in netto declino. 

Principio 

A seconda della configurazione della condotta, della resistenza e della natura del terreno e della presenza o meno di una falda freatica, è possibile progettare diverse tipologie di blocchi in calcestruzzo. Il blocco resiste alle forze dovute alla pressione idraulica:

• sia per attrito sul terreno (peso proprio),
• sia tramite appoggio sul terreno esistente

Nella pratica, i blocchi in calcestruzzo vengono calcolati tenendo conto delle forze di attrito e della resistenza portante del terreno. 
Quando vi sono vincoli di spazio o se la scarsa stabilità del terreno impedisce la realizzazione di blocchi in calcestruzzo, è possibile utilizzare i sistemi antisfilamento dei giunti proposti da PAM. 

Dimensionamento 

I volumi di calcestruzzo indicati nelle tabelle seguenti sono stati calcolati tenendo conto sia dell'attrito sul terreno sia della pressione di contatto sul terreno esistente, per le caratteristiche del terreno comunemente riscontrate. Qualora si dovessero effettuare scavi successivi nelle immediate vicinanze, la pressione nella condotta dovrà essere ridotta durante i lavori. 

Per altri casi, consultare PAM
Terreno ad alta resistenza
DN	Pressione  di prova	Curva da 1/32" (  L x H/V)	Curva da 1/16" (  L x H/V)	Curva da 1/8" (  L x H/V)	Curva da 1/4" (  L x H/V)	Piatto cieco e raccordo a T lxh/V
	sbarra	mxm/m 3	mxm/m 3	mxm/m 3	mxm/m 3	mxm/m 3
80	10	0,10 x 0,18/0,01	0,17 x 0,18/0,02	0,21 x 0,28/0,04	0,38 x 0,28/0,06	0,28 x 0,28/0,05
	16	0,13 x 0,18/0,01	0,18 x 0,28/0,03	0,33 x 0,28/0,05	0,59 x 0,28/0,11	0,43 x 0,28/0,07
	25	0,14 x 0,28/0,02	0,27 x 0,28/0,05	0,51 x 0,28/0,09	0,87 x 0,28/0,24	0,64 x 0,28/0,13
100	10	0,11 x 0,20/0,01	0,21 x 0,20/0,02	0,29 x 0,30/0,06	0,51 x 0,30/0,10	0,37 x 0,30/0,07
	16	0,17 x 0,20/0,02	0,24 x 0,30/0,04	0,45 x 0,30/0,08	0,77 x 0,30/0,20	0,57 x 0,30/0,11
	25	0,19 x 0,30/0,03	0,36 x 0,30/0,06	0,67 x 0,30/0,15	1,14 x 0,30/0,43	0,85 x 0,30/0,24
125	10	0,14 x 0,22/0,02	0,20 x 0,32/0,04	0,38 x 0,32/0,08	0,67 x 0,32/0,17	0,49 x 0,32/0,11
	16	0,23 x 0,22/0,03	0,32 x 0,32/0,07	0,59 x 0,32/0,14	1,01 x 0,32/0,37	0,75 x 0,32/0,20
	25	0,25 x 0,32/0,05	0,48 x 0,32/0,11	0,87 x 0,32/0,28	1,21 x 0,42/0,69	1,10 x 0,32/0,44
150	10	0,18 x 0,25/0,03	0,26 x 0,35/0,06	0,48 x 0,35/0,12	0,83 x 0,35/0,27	0,61 x 0,35/0,16
	16	0,28 x 0,25/0,04	0,40 x 0,35/0,09	0,73 x 0,35/0,21	1,04 x 0,45/0,54	0,93 x 0,35/0,34
	25	0,32 x 0,35/0,08	0,60 x 0,35/0,16	1,08 x 0,35/0,46	1,50 x 0,45/1,12	1,13 x 0,45/0,63
200	10	0,24 x 0,30/0,05	0,37 x 0,40/0,12	0,68 x 0,40/0,24	0,98 x 0,50/0,54	0,86 x 0,40/0,33
	16	0,30 x 0,40/0,09	0,56 x 0,40/0,19	0,87 x 0,50/0,42	1,46 x 0,50/1,17	1,09 x 0,50/0,66
	25	0,45 x 0,40/0,14	0,84 x 0,40/0,32	1,27 x 0,50/0,89	1,84 x 0,60/2,24	1,58 x 0,50/1,37
250	10	0,31 x 0,35/0,08	0,48 x 0,45/0,20	0,75 x 0,55/0,35	1,28 x 0,55/0,99	0,95 x 0,55/0,55
	16	0,39 x 0,45/0,16	0,73 x 0,45/0,32	1,13 x 0,55/0,78	1,67 x 0,65/2,00	1,41 x 0,55/1,21
	25	0,59 x 0,45/0,24	0,93 x 0,55/0,53	1,63 x 0,55/1,61	2,36 x 0,65/3,98	1,81 x 0,65/2,34
300	10	0,37 x 0,40/0,12	0,59 x 0,50/0,28	0,93 x 0,60/0,58	1,41 x 0,70/1,53	1,17 x 0,60/0,91
	16	0,48 x 0,50/0,24	0,78 x 0,60/0,41	1,39 x 0,60/1,27	2,04 x 0,70/3,22	1,56 x 0,70/1,87
	25	0,63 x 0,60/0,27	1,15 x 0,60/0,87	1,79 x 0,70/2,48	2,64 x 0,80/6,14	2,04 x 0,80/3,65
350	10	0,43 x 0,45/0,18	0,61 x 0,65/0,27	1,11 x 0,65/0,88	1,67 x 0,75/2,30	1,26 x 0,75/1,31
	16	0,57 x 0,55/0,35	0,93 x 0,65/0,62	1,49 x 0,75/1,83	2,23 x 0,85/4,66	1,84 x 0,75/2,80
	25	0,75 x 0,65/0,41	1,23 x 0,75/1,26	1,96 x 0,85/3,61	2,76 x 1,05/8,83	2,26 x 0,95/5,34
400	10	0,49 x 0,50/0,25	0,71 x 0,70/0,39	1,17 x 0,80/1,20	1,79 x 0,90/3,18	1,46 x 0,80/1,87
	16	0,65 x 0,60/0,49	1,07 x 0,70/0,89	1,60 x 0,90/2,54	2,42 x 1,00/6,45	1,97 x 0,90/3,86
	25	0,87 x 0,70/0,59	1,43 x 0,80/1,80	2,13 x 1,00/5,02	2,94 x 1,30/12,33	2,48 x 1,10/7,44

  

Per altri casi, consultare PAM
Terreno a media resistenza
DN	Pressione  di prova	Curva da 1/32" (  L x H/V)	Curva da 1/16" (  L x H/V)	Curva da 1/8" (  L x H/V)	Curva da 1/4" (  L x H/V)	Piatto cieco e raccordo a T lxh/V
	sbarra	mxm/m 3	mxm/m 3	mxm/m 3	mxm/m 3	mxm/m 3
80	10	0,13 x 0,18/0,01	0,17 x 0,28/0,02	0,32 x 0,28/0,04	0,56 x 0,28/0,10	0,41 x 0,28/0,06
	16	0,14 x 0,28/0,02	0,26 x 0,28/0,04	0,49 x 0,28/0,08	0,85 x 0,28/0,23	0,63 x 0,28/0,13
	25	0,21 x 0,28/0,03	0,40 x 0,28/0,05	0,74 x 0,28/0,17	1,24 x 0,28/0,48	0,93 x 0,28/0,27
100	10	0,17 x 0,20/0,02	0,23 x 0,30/0,04	0,43 x 0,30/0,07	0,74 x 0,30/0,19	0,54 x 0,30/0,10
	16	0,18 x 0,30/0,03	0,35 x 0,30/0,05	0,65 x 0,30/0,15	1,11 x 0,30/0,41	0,83 x 0,30/0,23
	25	0,28 x 0,30/0,05	0,53 x 0,30/0,10	0,96 x 0,30/0,31	1,30 x 0,40/0,75	1,21 x 0,30/0,48
125	10	0,22 x 0,22/0,03	0,30 x 0,32/0,06	0,56 x 0,32/0,12	0,97 x 0,32/0,34	0,72 x 0,32/0,19
	16	0,25 x 0,32/0,04	0,47 x 0,32/0,08	0,85 x 0,32/0,27	1,18 x 0,42/0,65	1,07 x 0,32/0,42
	25	0,37 x 0,32/0,06	0,70 x 0,32/0,18	1,25 x 0,32/0,56	1,69 x 0,42/1,33	1,28 x 0,42/0,77
150	10	0,26 x 0,25 / 0,04	0,38 x 0,35/0,08	0,70 x 0,35/0,19	0,99 x 0,45/0,49	0,89 x 0,35/0,31
	16	0,31 x 0,35/0,06	0,59 x 0,35/0,14	1,06 x 0,35/0,43	1,46 x 0,45/1,06	1,10 x 0,45/0,60
	25	0,47 x 0,35/0,10	0,87 x 0,35/0,30	1,27 x 0,45/0,81	2,28 x 0,45/2,12	1,58 x 0,45/1,24
200	10	0,29 x 0,40/0,07	0,54 x 0,40/0,14	0,83 x 0,50/0,38	1,39 x 0,50/1,07	1,05 x 0,50/0,61
	16	0,44 x 0,40/0,12	0,82 x 0,40/0,30	1,24 x 0,50/0,85	1,79 x 0,60/2,12	1,54 x 0,50/1,30
	25	0,66 x 0,40/0,20	1,02 x 0,50/0,58	1,77 x 0,50/1,73	2,51 x 0,60/4,15	1,93 x 0,60/2,47
250	10	0,37 x 0,45/0,12	0,70 x 0,45/0,25	1,08 x 0,55/0,71	1,60 x 0,65/1,83	1,35 x 0,55/1,11
	16	0,57 x 0,45/0,19	0,91 x 0,55/0,50	1,42 x 0,65/1,45	2,10 x 0,75/3,66	1,76 x 0,65/2,22
	25	0,74 x 0,55/0,33	1,32 x 0,55/1,06	2,02 x 0,65/2,92	2,72 x 0,85/6,91	2,27 x 0,75/4,24
300	10	0,46 x 0,50/0,19	0,75 x 0,60/0,37	1,32 x 0,60/1,16	1,95 x 0,70/2,94	1,49 x 0,70/1,71
	16	0,61 x 0,60/0,25	1,12 x 0,60/0,83	1,75 x 0,70/2,36	2,40 x 0,90/5,71	1,98 x 0,80/3,46
	25	0,91 x 0,60/0,55	1,46 x 0,70/1,64	2,27 x 0,80/4,53	3,12 x 1,00/10,73	2,58 x 0,90/6,61
350	10	0,54 x 0,55/0,27	0,89 x 0,65/0,57	1,42 x 0,75/1,67	2,13 x 0,85/4,25	1,76 x 0,75/2,56
	16	0,73 x 0,65/0,39	1,20 x 0,75/1,20	1,91 x 0,85/3,42	2,69 x 1,05/8,33	2,20 x 0,95/5,05
	25	1,08 x 0,65/0,84	1,73 x 0,75/2,46	2,51 x 0,95/6,58	3,25 x 1,35/15,73	2,88 x 1,05/9,61
400	10	0,62 x 0,60/0,38	0,94 x 0,80/0,78	1,53 x 0,90/2,32	2,31 x 1,00/5,89	1,89 x 0,90/3,53
	16	0,85 x 0,70/0,56	1,39 x 0,80/1,71	2,08 x 1,00/4,75	2,85 x 1,30/11,63	2,41 x 1,10/7,03
	25	1,14 x 0,80/1,15	1,85 x 0,90/3,39	2,63 x 1,20/9,12	3,63 x 1,50/21,79	2,96 x 1,40/13,49