Ingegneria Forum

Buongiorno a tutti.

Torno nel forum dopo un certo periodo di inattività con un quesito che farà probabilmente inorridire e impallidire la maggior parte dei professionisti con una certa serietà idraulica e strutturale.

Mi trovo a dover verificare una condotta in acciaio non interrata su cui insiste una pressione pari a 5 metri in colonna d'acqua; nel dettaglio devo verificare se una condotta di lunghezza pari a 12 m e diametro pari a 1 m (spessore 8 mm) può essere sufficientemente robusta e può resistere alla pressione dell'acqua.

Devo valutare preliminarmente il numero di appoggi minimo affinché la condotta possa considerarsi verificata. Ho quindi deciso di considerare un numero di appoggi pari a due (uno all'inizio e uno alla fine) e ho considerato la condotta (diciamo orizzontale) come una trave semplicemente appoggiata.

A questo punto ho determinato i carichi agenti considerandoli con unità di misura [F / L] (F per forza, L per lunghezza), ovvero
1) peso proprio della condotta (peso di volume dell'acciaio per area sezione acciaio)
2) peso dell'acqua nella condotta (peso di volume del fluido acqua per area interna)

A quanto detto segue il mio dubbio: considerando il fluido all'interno della condotta in condizioni statiche devo considerare come carico agente (peso) anche la colonna d'acqua?

Ho provato a ragionare in questo modo: se avessi un canale a pelo libero su appoggi (ad esempio un ponte canale) calcolerei i carichi agenti sul fondo dello stesso [F/L] come peso proprio del ponte canale e peso della colonna d'acqua (peso di volume moltiplicato per la distanza verticale fra pelo libero e fondo del canale tutto moltiplicato per la larghezza del canale). Con questo carico andrei a dimensionarmi il ponte canale come fosse una trave semplicemente appoggiata o con le condizioni di vincolo del caso.

Nel caso della condotta circolare in condizioni statiche (verosimilmente orizzontale) avrei sì una pressione sul fondo della condotta ma la risultante delle pressioni radiali sarebbe nulla: se considerassi la semicalotta inferiore (semicirconferenza da asse baricentrico orizzontale a punto più basso) avrei una risultante verso il basso mentre se considerassi la semicalotta superiore (semicirconferenza da asse baricentrico orizzontale a punto più alto) avrei una risultante uguale e contraria.

Ecco quindi il dubbio: nel dimensionamento preliminare di una condotta in pressione (in condizioni statiche, non idrodinamiche né sismiche) non interrata, posizionata su appoggi e calcolata come trave semplicemente appoggiata devo considerare come peso agente anche la colonna d'acqua?

Oppure verifico lo stato tensionale risultante avendo considerato le tensioni dovute ai pesi propri (acqua nel tubo e acciaio) combinate con le tensioni radiali dovute alla pressione indotta dalla colonna d'acqua (avendo così uno stato tensionale non più piano)?

Scusate per il quesito decisamente ignorante... sono una bestia... 

Saluti a tutti

PS Dal punto di vista strutturale (NTC08 o EC3) la condotta rientra nei famigerati profili in classe 4 perché il rapporto d/t supera il prodotto 90*epsilon^2... quindi avrei anche quest'altra rogna... (per chi non fosse del mestiere significa trovare le caratteristiche meccaniche efficaci, detraendo le porzioni non collaboranti).

Buongiorno Betoniera,
grazie per la risposta.

Girovagando un po' per internet ho trovato questo documento che reputo molto importante ai fini della progettazione di una condotta in pressione (verifiche idrauliche e strutturali di una condotta per un impianto idroelettrico).

https://www.google.it/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0CCMQFjAAahUKEwjam92CmPbIAhUFwBQKHS_kAP4&url=http%3A%2F%2Fwww.va.minambiente.it%2FFile%2FDocumento%2F60286&usg=AFQjCNEHoiLCuGTSbbf3TtjHiGa_3fg_aA&bvm=bv.106379543,d.d24

relativo al dimensionamento di una condotta in pressione in Piemonte.

In effetti gli stati di sforzo vanno sommati con la formula indicata di Henky-Von Mises come indicato nel documento (a partire dalla pagina 13 del pdf): in pratica, se non ho capito male, si combinano gli sforzi circonferenziali con gli sforzi longitudinali indotti dal calcolo a trave secondo tre diverse combinazioni come definito da Specifica Tecnica Generale, ENEL - MID 12 (maggio 1998), che però non riesco a trovare.

Gli sforzi circonferenziali derivano dalla formula di Mariotte (o da formule analoghe tenuto conto se si tratta di condotta sottile o condotta spessa) mentre gli sforzi longitudinali corrispondono invece a

1) tensione massima di flessione dovuta all'effetto trave (peso tubo e peso acqua nel tubo)
2) tensione massima di flessione dovuta alla componente assiale del peso proprio della condotta
3) tensione massima dovuta alla dilatazione termica
4) tensione massima di flessione dovuta alla dilatazione trasversale impedita
5) tensione massima massima indotta da copertura nevosa della condotta
6) tensione derivante dall'attrito condotta - sella di appoggio

Quello che non riesco a capire è l'insieme dei risultati riportati nelle tabelle del documento: mentre nella tabella 5 la tensione circonferenziale sembra essere sigma6 - somma(sigmada 1 a 5) (e la tensione longitudinale scollegata dagli altri valori), nelle tabelle 6 e 7 la tensione longitudinale sembra essere la somma delle sigma da 1 a 6.

Ho visto che hai effettuato il calcolo senza considerare i coefficienti moltiplicativi propri degli stati limite, quindi seguirò il tuo calcolo alle tensioni ammissibili (senza moltiplicatori).

Per le caratteristiche geometriche della sezione si può fare riferimento a questo documento

http://www.oppo.it/tabelle/aree_mom_inerzia.htm

Provo a fare un foglio di excel e lo metto in condivisione non appena ho un attimo di tempo. Così possiamo fare un confronto tra i nostri risultati.

Anni fa feci un foglio di calcolo per considerare il caso delle condotte interrate implementato secondo quella direttiva ENEL, ma in quel caso non dovevo considerare l'effetto trave, sebbene avessi già dovuto considerare la somma dei diversi effetti circonferenziali e longitudinali: peccato che me ne sono ricordato solo ora!!

Qui si trova qualcosa sul dimensionamento delle condotte interrate

http://www.sardegnaricerche.it/documenti/13_115_20140605124609.pdf

Per ora non posso fare altro che ringraziarti, mi stava prendendo un "coccolone".

Buon lavoro

PS Allego anche collegamento a questo documento relativo al monitoraggio di condotte e opere accessorie relative alle dighe

http://www.itcold.it/data/RAPPFIN2012Zinetti.pdf

TENSIONE DOVUTA ALLA PRESSIONE
Carico pressione   5000 kg/m2
Tensione pressione   5000/(2*100*0,8) = 31 kg/cm2

s_n=p D/(2 s)=5000*1/(0,008*2)/10000