All'inizio del 2023, abbiamo ricevuto una chiamata da un elettricista di Abuja, in Nigeria. Aveva installato quattro aste di messa a terra monoblocco rivestite di rame, lunghe 2,4 m, in un terreno lateritico presso il sito di una nuova torre per telecomunicazioni. Tutte e quattro avevano una resistenza superiore a 25 ohm, ben al di sopra del valore target di 5 ohm richiesto dalle specifiche. Non disponeva di un battipalo in grado di gestire aste più lunghe di 3 m e il fornitore più vicino di aste di lunghezza maggiore si trovava a Lagos, a 700 km di distanza. Gli abbiamo spedito dei kit di aste componibili e dei giunti in ottone. Due settimane dopo, la sua squadra aveva installato le stesse aste a 6 m di profondità utilizzando un martello perforatore standard e la resistenza misurata era di 4,2 ohm. Quel progetto ha cambiato il nostro modo di pensare alla scelta tra aste monoblocco e componibili: non è una questione di preferenza, ma di ciò che il terreno, l'attrezzatura e l'accesso al sito consentono.

Pannolini componibili o monoblocco: la scelta non è una questione di preferenza

L'argomento a favore delle aste monoblocco è semplice e valido: l'assenza di giunzioni significa assenza di punti deboli. Un'unica asta rivestita di rame da 2,4 m, conficcata direttamente nell'argilla umida, durerà più a lungo dell'edificio stesso e costa meno di un'asta componibile della stessa lunghezza. Vendiamo ancora più aste monoblocco che kit componibili in termini di volume, e per una buona ragione: per installazioni superficiali in terreni a bassa resistività, rappresentano la scelta ideale.

Ma in 17 anni di produzione di prodotti per la messa a terra, abbiamo osservato uno schema costante: i progetti che ci vengono restituiti con problemi di elevata resistenza sono quasi sempre installazioni monoblocco in terreni asciutti, rocciosi o sabbiosi, dove l'appaltatore ha conficcato l'asta fino alla sua massima lunghezza e si è fermato, perché non aveva modo di andare più in profondità.asta di terra sezionaleelimina questo vincolo. Ogni segmento è lungo 1,2 m, unito daraccordi filettatie si continua ad aggiungere segmenti finché il misuratore di resistenza non segna un valore inferiore a quello desiderato. Abbiamo clienti in Arabia Saudita che hanno assemblato aste componibili lunghe fino a 9 metri nella sabbia del deserto, e clienti nella Repubblica Democratica del Congo che hanno raggiunto i 12 metri nella laterite tropicale.

ILStandard IEEE 80La normativa sulla messa a terra delle sottostazioni non impone un progetto a discapito di un altro. Specifica il risultato finale: una resistenza di terra sufficientemente bassa da garantire la sicurezza durante gli eventi di corrente di guasto. Il modo in cui si raggiunge tale resistenza è una decisione ingegneristica specifica per il sito, non una questione filosofica.

La domanda chiave non è "quale sia la soluzione migliore", ma "cosa succede quando la tua asta monoblocco non è abbastanza lunga?". Ad Abuja, la risposta era: si perdono due settimane per procurarsi aste più lunghe da Lagos. A Riyadh, la risposta era: si ordinano da noi kit componibili e si può ripartire lo stesso giorno. Il design componibile offre flessibilità e, secondo la nostra esperienza, è proprio la flessibilità che distingue i progetti che raggiungono i loro obiettivi di resistenza da quelli che non li raggiungono.

Perché abbiamo riprogettato il nostro giunto dopo un'epidemia di filettature incrociate.

Nel 2021, il nostro team di supporto ha notato un picco di reclami relativi ai raccordi. Abbiamo registrato 47 casi di filettatura errata in 14 paesi in un solo anno. Lo schema era sempre lo stesso: l'installatore stava lavorando in una trincea fangosa, ha iniziato ad avvitare il raccordo con una leggera angolazione e la filettatura in ottone si è deformata prima di quella in acciaio. L'ottone è per sua natura più morbido (vogliamo che il raccordo si deformi prima dell'asta, in modo che quest'ultima possa essere riutilizzata), ma questa scelta progettuale ha creato una modalità di guasto che non avevamo previsto.

Abbiamo individuato la causa principale nella geometria dell'ingresso della filettatura. La filettatura a V standard sia sull'asta che sul giunto presentava un bordo d'ingresso affilato che facilitava l'avvio della filettatura con un'angolazione errata, soprattutto quando le filettature erano contaminate da terra. La nostra soluzione: abbiamo smussato i primi due filetti sia sull'asta che sul giunto, creando un angolo di ingresso più ampio che autocentra il giunto anche in caso di leggero disallineamento iniziale. Abbiamo inoltre aggiunto un segno di allineamento visivo (una linea incisa al laser sul corpo del giunto) che indica all'installatore quando le filettature sono correttamente allineate.

I risultati sono stati significativi. Nel 2022, i reclami relativi all'avvitamento storto sono scesi a 19. Nel 2023, a 11. Nella prima metà del 2024, a 3. Si tratta di una riduzione cumulativa di circa il 70%, e non ci è costata nulla per unità: la smussatura è una modifica dell'utensile, non del materiale. Questo è il tipo di miglioramento incrementale che 17 anni di feedback sulla produzione consentono di ottenere.

Il materiale del giunto è ricavato da una barra di ottone massiccio (non fuso). Abbiamo scelto l'ottone al posto dell'acciaio per tre motivi. In primo luogo, l'ottone non si corrode nel terreno come l'acciaio comune: abbiamo recuperato giunti da impianti di 15 anni in Arabia Saudita che sembravano quasi nuovi. In secondo luogo, la differenza di potenziale galvanico tra l'ottone e l'acciaio rivestito di rame è minima (inferiore a 50 mV), il che significa che la corrosione elettrochimica all'interfaccia della filettatura è trascurabile. In terzo luogo, l'ottone si lavora con tolleranze di filettatura più strette rispetto all'acciaio, un aspetto importante quando si filetta a mano in una trincea fangosa e si ha bisogno che il giunto si innesti senza intoppi.

La resistenza alla trazione del nostro giunto in ottone (≥580 N/mm²) supera il limite di snervamento dell'anima in acciaio nei segmenti dell'asta. Verifichiamo questo aspetto su ogni lotto di produzione: sottoponiamo a rottura tre campioni di prova mediante una macchina per prove di trazione idraulica. L'asta si frattura sempre a circa 25 mm dalla superficie del giunto, mai in corrispondenza del giunto stesso. Questa è una scelta progettuale: vogliamo che l'asta si rompa prima del giunto, perché un'asta rotta può essere estratta e sostituita, mentre un giunto rotto potrebbe lasciare un segmento intrappolato nel sottosuolo.

Acciaio rivestito di rame: le specifiche che testiamo e i guasti che rileviamo

Ogni produttore elenca le stesse specifiche: spessore del rame, purezza, resistenza alla trazione, rettilineità. La differenza sta nel fatto che queste specifiche vengano testate o date per scontate. Nel nostro stabilimento di Xinchang, testiamo ogni lotto di produzione e scartiamo il materiale che non supera i test. Ecco cosa testiamo, come lo testiamo e cosa abbiamo riscontrato.

Spessore dello strato di rame: ≥0,254 mm. Questo è ilUL 467minimo. Misuriamo con un misuratore di spessore a ultrasuoni calibrato in tre punti per ogni barra (punta, parte centrale, base). La nostra media di produzione è di 0,28 mm, con un intervallo da 0,254 a 0,32 mm. Nel 2022, abbiamo respinto un intero lotto di catodi di rame in arrivo da un nuovo fornitore quando il test del primo lotto ha mostrato uno spessore medio di 0,22 mm. Il fornitore affermava che il catodo rispettava le specifiche; il nostro misuratore a ultrasuoni diceva il contrario. Abbiamo cambiato fornitore.

Purezza del rame: ≥99,95 percento. Verifichiamo questo con un'analisi spark-OES (spettrometria di emissione ottica) su ogni lotto di catodi di rame in entrata. Le impurità superiori allo 0,05%, in particolare zolfo e fosforo, accelerano la corrosione nei terreni acidi. Nel 2023, un lotto dibarra d'acciaio rivestita di rameIl materiale proveniente dalla nostra linea di produzione, testato con una purezza del 99,91%, è risultato contaminato da un anodo di rame nella vasca di galvanizzazione. Abbiamo scartato l'intero lotto (circa 2.000 barre) per evitare di spedire materiale che si sarebbe corroso prematuramente sul campo.

Integrità del legame: test di flessione a 180 gradi. Lo strato di rame non deve incrinarsi o delaminarsi quando la barra viene piegata di 180 gradi con un raggio di 100 mm. Questo test simula le forze d'impatto durante la guida. Lo eseguiamo su ogni lotto di produzione. Se il rame si stacca, la densità di corrente di galvanizzazione era troppo bassa e il legame è meccanico, non metallurgico. Abbiamo fallito questo test due volte negli ultimi tre anni, entrambe le volte a causa di una caduta di tensione nella linea di galvanizzazione causata da una barra di distribuzione corrosa.

Rettilineità: ≤1 mm/m. Raddrizziamo ogni asta su una pressa idraulica dopo la galvanizzazione, quindi ne verifichiamo la raddrizzatura facendola rotolare su una piastra piana di granito. Le aste con una deviazione superiore a 1 mm/m vengono scartate. Questa specifica è più importante di quanto la maggior parte delle persone creda: un'asta con una curvatura di 3 mm/m non penetrerà in linea retta e un'asta che devia dalla verticale non raggiungerà la profondità desiderata senza un foro pilota. Abbiamo visto aste importate da altri produttori con una curvatura da 4 a 5 mm/m, che di fatto le rende inutilizzabili per l'infissione profonda.

Installazione di aste di ancoraggio profonde: cosa abbiamo imparato dagli errori sul campo

Il processo di installazione per unasta di terra sezionaleNon è complicato, ma ogni fase presenta delle modalità di guasto che abbiamo imparato a nostre spese, attraverso le chiamate dei clienti, le richieste di garanzia e le visite in loco.

Foro pilota: il passaggio che la maggior parte degli appaltatori salta. In terreni compattati o rocciosi, iniziare sempre con un foro pilota utilizzando una trivella da terreno leggermente più piccola del diametro dell'asta. Nel 2022, un appaltatore a Dammam, in Arabia Saudita, ha conficcato tre segmenti di asta nella sabbia del deserto senza praticare un foro pilota. La punta dell'asta ha urtato una roccia interrata a 1,8 m di profondità, piegando l'asta di 15 gradi rispetto alla verticale. Ha dovuto estrarre il segmento piegato (un lavoro di 45 minuti con un martinetto) e ricominciare da capo con un foro pilota. Il foro pilota ha richiesto 5 minuti e ha evitato tutti i successivi problemi di piegatura.

Coppia di serraggio dei giunti: sia un serraggio insufficiente che eccessivo possono causare il cedimento. Specifichiamo una coppia di serraggio da 50 a 80 Nm per le barre da 5/8 di pollice e da 60 a 100 Nm per le barre da 3/4 di pollice. In un progetto del 2023 a Dar es Salaam, in Tanzania, gli installatori hanno serrato a mano i giunti senza utilizzare una chiave. Durante l'infissione, due giunti si sono allentati e i segmenti si sono separati sottoterra. Il segmento superiore ha continuato a avanzare, ma quello inferiore è rimasto a 2 metri di profondità. Hanno dovuto abbandonare entrambi i segmenti e iniziare un nuovo foro a 30 cm di distanza. Da allora, includiamo una scheda con le specifiche di coppia di serraggio in ogni confezione del kit di sezioni.

Pulizia della filettatura: 20 secondi che evitano 20 minuti di frustrazione. Prima di avvitare il raccordo, spazzolare via il terriccio dalla filettatura dell'asta. In condizioni fangose ​​(comuni nelle installazioni tropicali), il terriccio incastrato nella filettatura agisce come abrasivo e può causare il bloccaggio del raccordo a metà avvitamento. Abbiamo ricevuto tre richieste di garanzia dal Sud-est asiatico in cui l'installatore ha forzato un raccordo intasato di terriccio, danneggiando la filettatura in ottone. Una spazzola a setole rigide (che ora includiamo nel nostro kit di installazione) risolve il problema in 20 secondi.

Test di resistenza: eseguire il test prima di procedere con una maggiore profondità. Dopo l'installazione di ciascun segmento, misurare la resistenza del terreno con un tester di caduta di potenziale, perNFPA 70 (Codice Elettrico Nazionale)requisiti. Se sei già al di sotto della resistenza target, fermati. Abbiamo visto appaltatori in Nigeria arrivare a 7 m quando 4 m sarebbero stati sufficienti, sprecando tre segmenti e la manodopera per installarli. L'approccio incrementale – testa, decidi, guida – è il principale vantaggio economico della progettazione a sezioni.

Quattro modalità di guasto rilevate in 17 anni di produzione di prodotti per la messa a terra.

Dopo aver fornito prodotti per la messa a terra a oltre 60 paesi, abbiamo un quadro chiaro di cosa si guasta sul campo e perché. Ecco le quattro modalità di guasto più comuni, classificate in base alla frequenza registrata nei nostri ticket di assistenza dal 2018 al 2024.

Errore 1: Incrociamento delle filettature (47% di tutti i ticket di assistenza). Già discusso in precedenza. La riprogettazione con ingresso smussato ha ridotto questo problema da 47 incidenti nel 2021 a 3 nella prima metà del 2024.

Guasto 2: Delaminazione del rame durante la guida (23% delle segnalazioni). Se il legame tra lo strato di rame e l'anima in acciaio è meccanico anziché metallurgico, le ripetute forze d'impatto durante la guida possono causare il distacco del rame in punta. Questo crea un effetto a fungo che impedisce un'ulteriore guida ed espone l'anima in acciaio alla corrosione. Il nostro test di flessione a 180 gradi rileva questo problema in fabbrica, ma lo riscontriamo ancora in aste di altri produttori che i nostri clienti hanno acquistato altrove e mischiato con i nostri giunti.

Guasto 3: Piegatura dell'asta in terreno roccioso (18% delle segnalazioni). Anche con un'anima di trazione di oltre 600 N/mm², un'asta che colpisce una roccia interrata con un'angolazione si piegherà. Una volta piegata di più di pochi gradi, l'asta non penetrerà più in linea retta. Prevenzione: utilizzare sempre un foro pilota in caso di terreno sospetto di roccia. Abbiamo ricevuto segnalazioni di questo tipo da progetti in Turchia, Iran e nelle regioni montuose dell'Africa orientale.

Guasto 4: Corrosione in corrispondenza del giunto di accoppiamento in terreni salini (12% dei ticket). In ambienti costieri o salini, l'interfaccia della filettatura può corrodersi più rapidamente del corpo dell'asta se il materiale del giunto non è galvanicamente compatibile. I nostri giunti in ottone riducono al minimo questo rischio perché la differenza di potenziale galvanico tra ottone e acciaio rivestito di rame è inferiore a 50 mV. Per ambienti estremamente salini (coste dell'Arabia Saudita, Qatar, Emirati Arabi Uniti), offriamo anche un'opzione di giunto in acciaio inossidabile.

Dati sulla resistività del suolo da progetti reali: perché la profondità cambia tutto

Il motivo per cui è necessario infiggere il terreno in profondità è la resistività del suolo. Nella maggior parte dei tipi di terreno, la resistività diminuisce con la profondità perché il terreno più profondo ha un contenuto di umidità maggiore e una maggiore quantità di minerali disciolti. Ecco i valori di resistenza del terreno misurati in tre progetti reali in cui abbiamo fornito kit di aste sezionali:

Abuja, Nigeria (terreno lateritico, 800 ohm-m): asta monoblocco da 1,5 m = 28 ohm. Sezione da 3 m = 14 ohm. Sezione da 6 m = 4,2 ohm. L'appaltatore necessitava di 5 ohm; li ha raggiunti a circa 5,5 m di profondità con il sistema a sezioni.

Riyad, Arabia Saudita (sabbia del deserto, 1.200 ohm-m): asta monoblocco da 2,4 m = 45 ohm. Sezione da 3 m = 32 ohm. Sezione da 6 m = 12 ohm. Sezione da 9 m = 6,8 ohm. Le specifiche del progetto richiedevano 10 ohm; il valore è stato raggiunto a circa 7 m di profondità.

Dar es Salaam, Tanzania (terreno argilloso-limoso, 200 ohm-m): asta monoblocco da 1,5 m = 8 ohm. La specifica richiedeva 5 ohm. Un'estensione singola di 1,5 m (3 m in totale) ha portato la resistenza a 4,8 ohm. In questo caso, il terreno si è dimostrato collaborativo ed è stata necessaria solo un'estensione minima in profondità.

ILNorma IEEE 142 (Libro Verde)La formula fornisce la seguente per stimare la resistenza dell'asta di sondaggio: R = (ρ / 2πL) × (ln(4L/a) – 1), dove ρ è la resistività del terreno, L è la lunghezza dell'asta e a è il raggio dell'asta. La formula conferma quanto mostrato dai nostri dati sul campo: la resistenza è inversamente proporzionale alla lunghezza dell'asta. Raddoppiando la profondità, la resistenza si riduce in genere dal 40 al 60%, a seconda della stratificazione del terreno.

La conclusione pratica è semplice. In terreni a bassa resistività (inferiore a 300 ohm-m), di solito è sufficiente un'asta monoblocco da 1,5 a 3 m. In terreni a media resistività (da 300 a 1.000 ohm-m), potrebbero essere necessari da 3 a 6 m, ovvero sezioni.Amministrazione per la sicurezza e la salute sul lavoro (OSHA)La normativa impone ai datori di lavoro di istituire programmi di messa a terra delle apparecchiature nei cantieri edili, che includono la corretta installazione degli elettrodi di messa a terra. In terreni ad alta resistività (superiore a 1.000 ohm-m), saranno quasi certamente necessari 6 metri o più, e un sistema a sezioni è l'unica soluzione pratica per raggiungere tale lunghezza.

Costo totale di installazione: quando i divani componibili sono più convenienti dei divani monoblocco.

Il costo dei materiali al metro di un sistema componibile è superiore a quello di un sistema monoblocco, perché si pagano i giunti e l'imballaggio aggiuntivo. Tuttavia, il costo totale di installazione comprende manodopera, trasporto, scarti e attrezzature, e il confronto si sposta a favore del sistema componibile all'aumentare della profondità.

Risparmio sui trasporti. Nel 2023, un cliente di Kampala, in Uganda, ci ha riferito che il costo del trasporto di barre da 3 metri dal porto al cantiere (200 km su strade non asfaltate) era pari a circa il 40% del costo delle barre, poiché ogni camion poteva trasportare solo 200 barre a causa di limitazioni di lunghezza. Passando a segmenti da 1,2 metri, lo stesso camion ha potuto trasportare 500 segmenti per viaggio. Il costo di trasporto per metro di barra si è ridotto di oltre la metà.

Riduzione degli sprechi. Nei terreni rocciosi, le aste monoblocco che si piegano durante l'infissione rappresentano uno spreco. I nostri clienti in Medio Oriente segnalano tassi di spreco dall'8 al 12% con le aste monoblocco in terreni desertici rocciosi, contro meno del 2% con i sistemi a sezioni (perché i segmenti più corti sono più facili da controllare e la fase del foro pilota viene seguita con maggiore precisione). Un tasso di spreco del 10% su un progetto da 200 aste significa 20 aste sprecate e la manodopera necessaria per recuperarle.

Costi delle attrezzature. Un'asta monoblocco più lunga di 2,4 m richiede un avvitatore specializzato con un mandrino lungo. Un sistema componibile può essere installato con un martello perforatore standard dotato di un adattatore per mandrino, attrezzatura che la maggior parte degli elettricisti già possiede. Il risparmio sul noleggio delle attrezzature può compensare il costo dei giunti per progetti di piccole e medie dimensioni.

Per installazioni poco profonde (≤1,5 m), le aste monoblocco sono più economiche e veloci. Per profondità comprese tra 1,5 e 3,0 m, il confronto dipende dal sito specifico. Per profondità superiori a 3,0 m, la soluzione a sezioni è l'unica opzione praticabile e il confronto dei costi diventa irrilevante.

Conclusione

La scelta tra aste di messa a terra componibili e monoblocco non si basa su quale sia migliore in astratto, ma su quale si adatti meglio alle condizioni del terreno, alla resistenza desiderata e alla logistica del cantiere. Le aste monoblocco sono più semplici, economiche e resistenti per metro lineare. Le aste di messa a terra componibili sono l'unica soluzione pratica quando è necessario raggiungere profondità superiori a 3 metri, quando il trasporto limita la lunghezza delle aste o quando le condizioni del terreno sono incerte e si desidera la flessibilità di aggiungere profondità gradualmente.

La qualità del giunto determina se un sistema modulare funziona come previsto. Dopo 47 casi di filettatura danneggiata nel 2021, abbiamo riprogettato il nostro giunto con ingressi filettati smussati, riducendo il tasso di guasto del 70%. Questo è il risultato di 17 anni di produzione e del feedback ricevuto da oltre 60 paesi, frutto di un processo iterativo.

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