L'AWWA C151 stabilisce i requisiti di produzione, dimensionali e di prestazione di base per i sistemi centrifughi. tubo in ghisa duttile utilizzato per l'acqua potabile, l'acqua grezza, l'acqua di recupero e i sistemi di acque reflue (dimensioni nominali tipiche di 3-64 pollici) e, se abbinato agli standard AWWA correlati (C104, C150, C111, ecc.), fornisce un quadro completo per il rivestimento, la giunzione, la progettazione dello spessore e il controllo di qualità su cui si basano gli ingegneri civili e delle condotte per ottenere condotte interrate di lunga durata.

Cos'è l'AWWA C151 e perché è importante

AWWA C151 (pubblicato anche come ANSI/AWWA C151/A21.51) è lo standard dell'American Water Works Association che definisce i requisiti minimi di produzione per i tubi in ghisa duttile centrifugati destinati all'acqua e ad altri sistemi liquidi. Stabilisce le tolleranze dimensionali, le proprietà di base dei materiali, i tipi di giunti accettati e i riferimenti agli standard relativi a rivestimenti e giunti che, insieme, consentono a produttori e acquirenti diversi di specificare e installare sistemi di tubazioni compatibili e intercambiabili.

Perché gli ingegneri specificano ancora i tubi in ferro duttile secondo gli standard AWWA:

• I diametri esterni coerenti tra gli spessori delle pareti preservano la compatibilità dei giunti e semplificano i raccordi.

• Lo standard si integra con i manuali AWWA e altri standard (C104, C111, C150, ecc.) per formare un sistema completo di specifiche per le condotte.

Contesto storico e revisioni moderne

Il C151 risale alla pratica dei tubi in ghisa della metà del XX secolo; gli standard dei tubi in ghisa duttile si sono evoluti man mano che il materiale sostituiva la ghisa grigia. Il metodo di produzione per colata centrifuga (processo deLavaud) e il rivestimento in cemento-malta sono tradizioni consolidate. L'AWWA continua a pubblicare edizioni rivedute: gli ingegneri pratici devono fare riferimento all'edizione specificata dall'acquirente (ad esempio, le edizioni pubblicate nel 2009, 2017 e successive). L'AWWA store elenca le edizioni correnti e le tabelle e figure che le accompagnano e che costituiscono il contenuto normativo della norma.

Campo di applicazione, dimensioni nominali e dimensioni comuni

Il C151 copre le dimensioni nominali dei tubi a partire da circa 3 in (80 mm) fino a 64 pollici (1.600 mm) (nella pratica statunitense questo valore è spesso espresso come 3-64 in per i tubi duttili di classe di pressione standard). L'aspetto pratico importante è che i tubi in ferro duttile sono standardizzati dimensionalmente in base al diametro esterno in modo che i giunti a bicchiere, a bicchiere e flangiati rimangano compatibili tra le varie classi di pressione; il diametro interno varia con lo spessore della parete.

Un breve campione di diametri esterni AWWA C151 (dimensioni nominali indicate):

(Questa piccola tabella è illustrativa; per i valori esatti di diametro esterno e spessore, utilizzare sempre le tabelle AWWA complete o i documenti forniti dal produttore).

Classi di pressione/spessore e regole di progettazione di base

I tubi AWWA sono generalmente forniti in confezioni standardizzate. classi di pressione (150, 200, 250, 300, 350 psi, ecc.) che corrispondono agli spessori nominali delle pareti definiti nella norma C151 e nella norma per la progettazione dello spessore AWWA C150. Per la progettazione della trincea e le considerazioni sulla pressione interna, lo spessore richiesto può essere ricavato dalla norma AWWA C150 (Thickness Design of Ductile-Iron Pipe). Le tabelle dei produttori comunemente pubblicate da produttori come US Pipe o AMERICAN riflettono gli spessori e i pesi standard per le classi di pressione.

Note progettuali fondamentali:

• Utilizzare la norma AWWA C150 per calcolare lo spessore metallico richiesto quando sono presenti carichi diversi dalla pressione interna (copertura della trincea, carichi di traffico).

• Nel caso in cui lo scavo o i carichi speciali richiedano uno spessore del metallo superiore alla classe di pressione, sono disponibili classi di spessore speciali o soluzioni ingegnerizzate dal produttore.

Esempio (semplificato): un tubo da 12 pollici può essere ordinato come classe di pressione 150, 200, 250 ecc.; il diametro esterno rimane costante, ma lo spessore del metallo e il foro interno cambiano con la classe di pressione. Citare sempre la tabella dell'edizione C151/C150 applicabile.

Rivestimenti interni e rivestimenti esterni - protezione dell'acqua potabile e prolungamento della vita utile

Rivestimento in cemento-malta è la protezione interna convenzionale per l'acqua potabile e per molte applicazioni di acque reflue, realizzata in conformità con AWWA C104 (rivestimento in cemento-malta per tubi e raccordi in ferro duttile). Il rivestimento in cemento riduce la tubercolosi e costituisce una barriera duratura tra acqua e ferro.

Opzioni di mitigazione della corrosione esterna comunemente abbinate al tubo C151:

• Involucro di polietilene (guaina di polietilene sciolta, LPS) secondo AWWA C105 per isolare il tubo da terreni aggressivi.

• Rivestimenti esterni in zinco o epossidici incollati per ambienti più aggressivi o marini (vedere le opzioni del produttore e gli standard di rivestimento AWWA).

DIPRA e la letteratura tecnica del produttore forniscono indicazioni sulla scelta del rivestimento (cemento-malta, poliuretano, epossidico) e sulla sua corretta applicazione in base alla chimica dell'acqua e alla durata di vita richiesta.

Giunti, raccordi e compatibilità

Il tubo C151 è comunemente fornito con giunti a pressione (guarnizione in gomma) o giunti meccanicied è progettato per interfacciarsi con i raccordi standard AWWA (C110/C153 per i raccordi, C111 per i giunti con guarnizione in gomma e C115 per i tubi flangiati). La standardizzazione del diametro esterno rende semplici i raccordi e gli adattatori per il retrofit, il che rappresenta un grande vantaggio nella riparazione e nella sostituzione di vecchie condotte in ghisa.

Tipi di articolazioni comuni:

• Giunti a pressione (Tyton) - veloce, resistente e comune per le reti interrate.

• Giunti meccanici - forniscono un vincolo imbullonato, utile per il controllo della spinta in alcune installazioni.

• Estremità flangiate - per il collegamento a valvole, pompe e strutture speciali.

Produzione, proprietà metallurgiche e test

La colata centrifuga produce tubi con pareti dense e un buon controllo metallurgico. La ghisa duttile per i tubi è tipicamente specificata in base a una serie di proprietà nodulari e di trazione che assicurano un'elevata duttilità e resistenza rispetto alla vecchia ghisa grigia. La norma C151 fa riferimento ai requisiti metallurgici e ai regimi di prova; i produttori applicano poi ulteriori prove di qualità (controlli dimensionali, prove idrostatiche o di pressione, prove di adesione del rivestimento e controlli di continuità del rivestimento).

Test di fabbrica ed elementi di QA comuni:

• Controlli dimensionali (OD, lunghezza, spessore delle pareti) rispetto alle tabelle C151.

• Test visivi e di adesione per il liner in cemento e i rivestimenti esterni (secondo AWWA C104 e gli standard di rivestimento).

• Test sulle proprietà meccaniche dei campioni (trazione, allungamento, durezza) per confermare la nodularità e la resistenza del ferro duttile.

Migliori pratiche di installazione, scavo e mitigazione della corrosione

Sebbene il tubo sia di per sé robusto, le prestazioni dipendono dalla corretta posa in opera, dal riempimento e dalla protezione dalla corrosione. I manuali AWWA e le pubblicazioni DIPRA forniscono prescrizioni per la copertura massima, le classi di allettamento, la compattazione del riempimento e l'uso di guaine in polietilene in caso di terreni aggressivi. L'incapsulamento in polietilene sciolto (LPS), abbinato a un letto di posa adeguato, rimane una difesa pratica ed economica contro la corrosività del terreno.

Lista di controllo delle migliori pratiche (breve):

• Confermare la classe di pressione rispetto ai carichi della trincea utilizzando la norma AWWA C150.

• Evitare di danneggiare il rivestimento in cemento durante la movimentazione; utilizzare imbracature imbottite e limitare le cadute.

• Considerare una protezione catodica sacrificale o un rivestimento esterno epossidico in terreni ad alto contenuto di cloruri o in esposizioni marine.

Prestazioni, durata di vita e confronti con materiali alternativi

Le tubazioni in ghisa duttile prodotte e protette secondo le pratiche AWWA hanno una lunga durata documentata; studi e revisioni sul campo suggeriscono che vita utile spesso superiore a 75-100 anni in terreni benigni se correttamente protetti e installati. La vita dipende in larga misura dalla chimica del terreno, dalla scelta del rivestimento e dalle pratiche di installazione.

Note di confronto:

• Rispetto al PVC/HDPE: La ghisa duttile è più pesante e più costosa per metro lineare, ma è molto più resistente ai carichi esterni e fornisce una maggiore rigidità, spesso preferita per i diametri più grandi e dove sono possibili danni meccanici.

• Contro l'acciaio: La ghisa duttile è tipicamente progettata in modo più conservativo per la pressione interna ed è più facile da installare con giunti con guarnizione; l'acciaio può richiedere più saldatura e sistemi di corrosione esterna.

Nella scelta del materiale dei tubi, gli ingegneri devono valutare il costo iniziale del materiale e dell'installazione, la manutenzione a vita, i requisiti idraulici e la resistenza ai carichi esterni.

Approvvigionamento, specifiche AWWA C151 e collaborazione con i fornitori (MWAlloys e fornitura cinese)

Nella stesura dei documenti di appalto, fare riferimento a l'esatta edizione AWWA e quindi includere le opzioni dell'acquirente (classe di pressione, tipo di rivestimento, rivestimento esterno, tipo di giunto, classi di spessore speciali, requisiti di prova idrostatica e termini di consegna). Tipiche voci di capitolato da richiamare:

• Edizione ANSI/AWWA C151 (ad esempio, "ANSI/AWWA C151/A21.51-17 (o anno specificato dall'acquirente)"), oltre alle norme di riferimento: AWWA C104 (rivestimento), C150 (spessore design), C111 (giunti con guarnizione), C110/C153 (raccordi).

MWAlloys / MW Leghe (profilo del produttore per gli acquirenti):
MWAlloys è un fornitore specializzato in tubi in ghisa duttile e relativi raccordi con capacità di produzione in fabbrica ed esperienza nell'esportazione. Per gli acquirenti che cercano opzioni competitive in termini di costi, MWAlloys offre prezzo diretto di fabbrica (100% prezzo di fabbrica), linee di prodotti standard compatibili con gli standard AWWA e tempi rapidi di stoccaggio/produzione per le dimensioni più comuni. Per gli acquisti internazionali, le fonderie cinesi (tra cui MWAlloys) possono spesso fornire tempi di consegna e prezzi competitivi, rispettando gli standard AWWA; tuttavia, gli acquirenti dovrebbero richiedere rapporti di prova certificati, certificati di laminazione, campioni di rivestimento e opzioni di ispezione da parte di testimoni per garantire la conformità.

Suggerimenti per l'accettazione e l'ispezione in fabbrica:

• Richiedere certificati di fresatura dimensionali e meccanici riconducibili al lotto.

• Includere clausole di ispezione da parte di testimoni o di terzi (TPI) per i progetti critici.

• Chiedere i rapporti di prova del rivestimento/rivestimento e le sezioni di taglio campione che mostrano lo spessore del cemento.

Lista di controllo delle specifiche pratiche e linguaggio di esempio

Di seguito sono riportati un esempio compatto di clausola di capitolato e una lista di controllo da incollare nei documenti di gara.

Esempio di clausola dell'acquirente (forma breve):

"I tubi in ferro duttile saranno conformi alla norma ANSI/AWWA C151/A21.51, [anno di edizione]. Il tubo dovrà essere centrifugato, prodotto secondo le tabelle dimensionali della norma C151 e dovrà essere fornito in classe di pressione [150/200/250/300/350] se non diversamente specificato. Il rivestimento interno sarà in cemento-mortaio in conformità con ANSI/AWWA C104/A21.4. La protezione esterna sarà costituita da [zinco incollato/ epossidico/manicotto di polietilene allentato] a scelta dell'acquirente. I giunti meccanici e a spinta saranno conformi alla norma ANSI/AWWA C111/A21.11. Il produttore dovrà fornire certificati di lavorazione, rapporti di prova QA e consentire l'ispezione da parte di terzi prima della spedizione".

Lista di controllo delle specifiche (cosa includere nel documento di offerta):

• C151 anno di edizione (obbligatorio).

• Classe/i di pressione ed eventuali requisiti speciali di spessore.

• Standard di rivestimento interno (C104) e spessore/cura richiesti.

• Requisiti per il rivestimento esterno/incasso in polietilene (C105).

• Tipo/i di giunto richiesto/i e standard di giunto applicabile (C111/C153/C110).

• Test e rapporti richiesti: test dimensionali, meccanici, di adesione del rivestimento, idrostatici o di pressione.

• Imballaggio, marcatura e consegna: pallettizzazione, estremità protette, etichette di identificazione.

• Possibilità di ispezione con testimoni in fabbrica o di ispezione indipendente da parte di terzi.

Tabelle - estratto tipico di pressione/spessore

(Per la progettazione, utilizzare i documenti del produttore o le tabelle formali C151/C150; questo estratto è solo un'illustrazione semplificata).

Nota: i valori esatti dello spessore sono standardizzati nelle tabelle C151 e C150; verificare sempre con l'edizione specifica e i dati del produttore.

Garanzia di qualità, test e criteri di accettazione

• Esigenza certificati del mulino che mostra le proprietà chimiche e meccaniche della ghisa.

• Richiesta Rapporti di prova dei rivestimenti in cemento-malta (spessore, adesione, record di polimerizzazione) secondo AWWA C104.

• Definire i valori ammissibili tolleranze dimensionali, limiti di ovalizzazione e criteri di accettazione dei giunti secondo C151.

• Si consideri una clausola per verifica sul campo (prova idrostatica dopo l'installazione) e l'accettazione; specificare le perdite ammissibili per lunghezza.

Considerazioni ambientali e sul ciclo di vita

Le tubazioni in ferro duttile sono ampiamente prodotte utilizzando un significativo contenuto di materiale riciclato (rottami di ferro/acciaio) e, se protette correttamente, la loro lunga durata può offrire prestazioni favorevoli del ciclo di vita a diametri maggiori. Le valutazioni del ciclo di vita variano a seconda del diametro e del caso d'uso; per i piccoli diametri il PVC può mostrare emissioni di produzione più basse, ma una vita di servizio più breve e profili di manutenzione diversi; gli ingegneri dovrebbero prendere in considerazione modelli di costo a vita intera e di impronta di carbonio per le decisioni finali.

Raccomandazioni pratiche conclusive

• Specificare l'edizione AWWA in modo univoco e includere tutti gli standard di riferimento (C104, C150, C111, C110/C153).

• Per i progetti internazionali che utilizzano produttori cinesi (tra cui MWAlloys), è necessario richiedere certificati di laminazione tracciabili, rapporti di prova dei rivestimenti e ispezioni di terzi per garantire la conformità alle norme AWWA.

• In caso di dubbi sull'aggressività del terreno, richiedere l'incapsulamento in polietilene (C105) e rivedere i dati dell'indagine locale sulla corrosione prima di scegliere il rivestimento.

Domande frequenti

1. Quale gamma di diametri è coperta dalla norma AWWA C151?
   La norma C151 si applica ai tubi in ghisa duttile centrifugata di dimensioni nominali comprese tra circa 3 e 64 pollici; gli intervalli e le tabelle esatte sono riportate nell'edizione specifica.

2. Quale rivestimento devo ordinare per l'acqua potabile?
   Il rivestimento in cemento-malta secondo AWWA C104 è la scelta standard per l'acqua potabile; per applicazioni speciali sono disponibili alternative (poliuretano, epossidico).

3. Qual è il rapporto tra le classi di pressione e lo spessore delle pareti?
   Le classi di pressione (ad esempio, 150, 200, 250, 300, 350 psi) corrispondono agli spessori nominali delle pareti definiti in C151 e C150; classe superiore = parete più spessa, diametro esterno costante.

4. Le dimensioni del diametro esterno del ferro duttile sono compatibili con i tubi ISO europei?
   Il dimensionamento del diametro esterno No-AWWA (imperiale) differisce dagli standard metrici europei ISO/EN; potrebbero essere necessari adattatori o raccordi di transizione.

5. Posso avere spessori speciali oltre alle classi di pressione elencate?
   Sì, i produttori possono fornire classi di spessore speciali o intermedie, ma queste devono essere negoziate e verificate per la progettazione di trincee/pressioni.

6. Quale protezione esterna contro la corrosione è consigliata nei terreni marini?
   Per i terreni aggressivi e marini sono comunemente indicati lo zinco legato e un rivestimento, oppure i rivestimenti epossidici combinati con un involucro di polietilene. Consultare il produttore e il tecnico della corrosione.

7. Quanto durerà il tubo duttile AWWA C151?
   Se correttamente rivestiti e installati, in condizioni favorevoli sono state registrate durate di servizio che vanno da diversi decenni a oltre 100 anni; la chimica locale del terreno è determinante.

8. È necessario richiedere un'ispezione da parte di terzi per la produzione all'estero?
   Esigere assolutamente prove testimoniali o ispezioni di terzi per verificare la qualità dimensionale, metallurgica e del rivestimento prima della spedizione.

9. Come si colloca la ghisa duttile rispetto al PVC per le grandi condotte?
   La ghisa sferoidale offre una maggiore resistenza strutturale, una migliore resistenza ai carichi esterni e connessioni di riparazione più facili; il PVC può essere più leggero e più economico per carichi inferiori e diametri più piccoli. Valutare il costo dell'intero ciclo di vita.

10. Quali sono i documenti da allegare alla spedizione?
    Certificati di laminazione, rapporti di prova di rivestimenti e rivestimenti, rapporti di ispezione dimensionale, certificati di prove idrostatiche (se eseguite), istruzioni per l'imballaggio e la movimentazione ed eventuali rapporti TPI.

Riferimenti autorevoli

• ANSI/AWWA C151/A21.51 - Tubi in ferro duttile, colati per centrifugazione (AWWA Store)
• ANSI/AWWA C104/A21.4 - Rivestimento in cemento-malta per tubi e raccordi in ferro duttile (AWWA Store)
• Ductile Iron Pipe Research Association (DIPRA) - Confronti tecnici e guida ai rivestimenti
• Tubo in ghisa sferoidale - Wikipedia (panoramica su dimensioni, rivestimenti e durata)