diga
Indice
Lessico
sf. [sec. XVII; dal francese digue]. Manufatto realizzato in terra, pietra, mattoni o calcestruzzo, opera di sbarramento alle acque fluviali, allo scopo di regolarne artificialmente la portata formando a monte un bacino-serbatoio, oppure alle acque marine al fine di proteggere le coste e le installazioni portuali. Per estensione e fig., argine, riparo: ergere una diga contro la corruzione; rompere le dighe, portare avanti un'azione, abbattendo ostacoli di qualsiasi genere.
Diga chiusa sul Black Warrior River (U.S.A.).
De Agostini Picture Library/M. Bertinetti
Diga . Veduta aerea di una diga a gravità (Itaipu, Paraguay).
De Agostini Picture Library/G. Sioën
Diga ad arco (Guadalmena, Spagna).
De Agostini Picture Library/C. Sappa
Diga marittima di materiali sciolti (Ijssel, Paesi Bassi).
De Agostini Picture Library/G. Sioën
Diga . Sala di comando e controllo del funzionamento di una diga.
De Agostini Picture Library/G. Sioën
Costruzioni
In rapporto agli scopi di impiego la diga assume forme e caratteristiche diverse. Si possono comunque distinguere tre grandi categorie: dighe di derivazione o di regolazione del livello o traverse, per regolare il livello dell'acqua in un corso o in un canale navigabile, o per il prelievo di piccole quantità di acqua sfruttate per opere di irrigazione o per impianti idroelettrici di modesta entità; dighe di ritenuta o di regolazione di portata, concepite come sbarramento attraverso una sezione dell'alveo di un corso d'acqua, allo scopo di immagazzinare a monte una grande quantità di acqua (bacino di riserva) da impiegare in momenti critici di siccità, per quanto riguarda l'irrigazione, o per rispondere alle esigenze degli impianti idroelettrici connessi alla diga; dighe marittime, opere di difesa che sorgono isolate nell'acqua, non necessariamente accessibili, per la protezione del litorale e per la difesa foranea dei porti e delle rade. In questo secondo caso formano una cinta esterna che contribuisce a delimitare le acque e a riparare le installazioni portuali e i natanti dalle onde. Si ricorre a una cintura foranea, costituita da una o più dighe parallele alla riva, quando il litorale d'impianto del porto è esposto a un settore di traversia limitato e orientato secondo la normale alla riva (porto di Marsiglia, porto franco vecchio di Trieste, ecc.); tale disposizione viene peraltro adottata anche dove non sussistano le condizioni suaccennate, poiché consente agevoli ampliamenti delle sistemazioni portuali, che possono essere protette prolungando la difesa foranea stessa (come, per esempio, nel porto di Genova). La struttura fondamentale delle dighe marittime può essere a gettata, a paramento verticale, mista. Nel primo caso, l'opera ha sezione trapezia, in modo che le onde vi si frangano contro, ed è formata da una gettata di massi, naturali (scogliera) o artificiali, completata da un coronamento murario. Le dighe del secondo tipo hanno pareti verticali che riflettono meglio le onde; sono realizzate con massi artificiali sovrapposti o con gettate di calcestruzzo, richiedono fondali inferiori a 15 m con fondo compatto. Le opere di tipo misto presentano infine una porzione inferiore a gettata, su cui è posata una diga a paramento verticale. Le dighe hanno spesso fronti interne realizzate in modo idoneo per consentire l'ormeggio delle navi e le operazioni portuali. Tipo particolare di diga marittima è quella olandese, di altezza variabile tra gli 8 e i 10 m, posta, per il contenimento dell'acqua, a protezione dei terreni sottostanti (polder) conquistati al mare.
Principali tipi tecnico-strutturali: dighe mobili e dighe fisse
In funzione della loro strutturazione le dighe possono essere distinte in dighe mobili e dighe fisse. Le dighe mobili sono generalmente utilizzate per regolare la portata di un corso d'acqua in modo da poter consentire la derivazione di acqua attraverso un canale laterale o la navigabilità in ogni tratto del corso in causa. Hanno generalmente altezza limitata e sono poste trasversalmente al corso d'acqua. Sono costituite da pannelli mobili incernierati a parti fisse quali la platea di fondo, i raccordi alle spalle ed eventuali piloni intermedi. I principali tipi di dighe mobili sono: ad aghi, detta anche chiusa ad aghi, formata da tavole di legno (aghi o panconcelli) accostate verticalmente una accanto all'altra con un'inclinazione di 70-80º a valle rispetto all'orizzontale, appoggiate superiormente a una traversa (diga mariniera) o a un traliccio metallico (diga Poirée) e inferiormente a un risalto della platea di fondo; a tavoloni orizzontali, in cui gli aghi sono orizzontali anziché verticali e sono collegati fra loro in modo da costituire una persiana avvolgibile a mezzo di un argano (diga Cameré); a paratoie piane, cilindriche, a settore cilindrico o a ventola, ostruenti gli spazi tra un pilone e l'altro; tipo Chanoine, dotata di pannelli che mediante complicate articolazioni possono essere abbattuti. Le dighe fisse sono concepite normalmente per la ritenuta di grandi quantità d'acqua in bacini artificiali e quindi risultano le più imponenti per mole e interessanti per la complessità strutturale; sono formate da un corpo che contiene le acque e in cui si distribuiscono in modo previsto gli sforzi che vengono scaricati attraverso le spalle della diga sui fianchi della valle o del corso d'acqua. La parte superiore del corpo è detta coronamento; nel suo spessore vi possono essere gallerie di ispezione e pozzi di drenaggio; la sua superficie a contatto dell'acqua è detta paramento a monte, su cui vengono chiaramente indicati il livello di massima piena e il livello di minimo invaso; la superficie opposta è il paramento a valle; il corpo poggia su fondamenta formate da grossi cordoli perpendicolari alla valle detti taglioni. In funzione del materiale impiegato, tali dighe possono essere distinte in muratura (continue o miste) e in materiali sciolti. La tipologia delle prime è molto ricca soprattutto per le caratteristiche di impiego dei moderni materiali e le raffinatezze di calcolo progettuale a cui si è giunti. I materiali impiegati sono pietrame saldato da malta di cemento o calcestruzzo armato rivestito da paramenti in conci (bolognini) o lastre di calcestruzzo che devono poggiare sulla roccia sottostante il “materasso alluvionale” che viene preventivamente asportato. La qualità della roccia offre due possibilità di ancoraggio della diga: mediante risalti intagliati nella roccia i cui lati sono perpendicolari alla risultante delle forze insistenti sulla diga, se essa offre garanzie di solidità; nel caso contrario si ricorre a un taglione più o meno profondo in corrispondenza del paramento a monte mentre sotto allo spessore della diga vengono fatte iniezioni di cemento in pressione entro fori spinti a profondità anche rilevanti.
Principali tipi tecnico-strutturali: dighe in muratura
Le dighe in muratura possono ricondursi ai seguenti tipi: A) diga a gravità, che impiega la propria mole per controbilanciare le spinte dell'acqua; viene concepita in luoghi dove il reperimento di grandi masse di materiali da costruzione e il loro trasporto siano agevoli e quindi economici oppure dove le caratteristiche geologiche dei fianchi della valle non garantiscano un sicuro ancoraggio della diga. La sua sezione verticale è triangolare con il lato a monte quasi verticale e quello a valle più inclinato ad andamento planimetrico leggermente convesso verso monte. La diga a gravità deve essere inoltre protetta dalla formazione di sottopressioni formantisi alla base e riducenti l'effetto stabilizzante del proprio peso: per questo si ricorre a schermi in cemento armato, a voltine in calcestruzzo (mura di guardia) appoggiate a lesene sporgenti dal corpo della diga o a cunicoli di drenaggio ricavati nel suo spessore e collegati fra loro da una galleria di raccolta e smaltimento. B) Dighe ad arco o a volta, nelle quali viene molto accentuata la convessità verso monte in modo che la maggior parte della spinta dell'acqua venga scaricata attraverso le spalle sui fianchi della valle anziché sul fondo come nella diga a gravità. Queste dighe richiedono particolari caratteristiche di conformazione dei fianchi della valle, sia dal punto di vista geologico (roccia di sicura tenuta in tutto il profilo di ancoraggio della diga), sia dal punto di vista geometrico (luce ridotta fra le pendici e forma a uovo della valle), oltre a richiedere calcoli più complessi. Di contro offrono costi più contenuti e celerità di esecuzione, data la minor quantità di materiale impiegato. Dal punto di vista della progettazione tali dighe vengono concepite come una sovrapposizione di archi orizzontali sottoposti a spinta idrostatica. C) Dighe a cupola o a doppia curvatura, che presentano una curvatura non solo nella sezione orizzontale, ma anche in quella verticale, riducendo così di molto gli sforzi di taglio e i momenti flettenti sul corpo della diga, che è soggetto in tal modo quasi esclusivamente allo sforzo di compressione con la possibilità di ridurre ulteriormente gli spessori, i quali talvolta sono così sottili che hanno fatto chiamare questi tipi di diga “a guscio d'uovo”. La complessità dei calcoli strutturali in questo caso è evidente; è sempre opportuno, e in molti casi indispensabile, ricorrere a modelli in scala ridotta (modelli analogici), sui quali si possano riprodurre, verificare e quindi controllare tutte le situazioni previste per l'opera al vero; tuttavia l'economicità della struttura realizzata può rendere convenienti dighe di tale tipo. D) L'evoluzione delle tecniche e l'apporto di alcune modifiche strutturali consentono di realizzare dighe miste quali: diga a gravità alleggerita, dove alcune parti interne al corpo della diga, che in base a osservazioni statiche si è visto essere poco o per nulla sollecitate, sono state eliminate; diga ad arco-gravità, che abbina il peso alle possibilità dell'arco orizzontale per assorbire le spinte idrostatiche; diga ad archi multipli, dove la luce della valle da sbarrare è suddivisa da contrafforti verticali distanti fra loro 10-15 m, tra i quali sono realizzate dighe ad arco; diga a speroni indipendenti, costituita da speroni in muratura con l'estremità a monte ingrossata in modo da costituire una parete continua; diga a contrafforti, simile a quella ad archi multipli dove gli archi tra i contrafforti sono sostituiti con solette piane in calcestruzzo armato; in questo caso la luce tra i contrafforti non deve superare i 4-6 m e le altezze sono sempre piuttosto contenute.
Principali tipi tecnico-strutturali: dighe in materiali sciolti
Le dighe in materiali sciolti possono essere in terra (miscela composta da ghiaia, sabbia e argilla in proporzioni controllate) oppure in pietrame alla rinfusa (tipo inglese o americano) e in blocchi di pietra (tipo italiano). La scelta dei materiali dipende essenzialmente, in linea orientativa, dalla natura del terreno (a parità di spinta idrostatica la sezione di base decresce passando dalle dighe in terra a quelle in blocchi) e dalla loro facilità di reperimento, trasporto e messa in opera. Le dighe in terra presentano una sezione verticale di forma trapezoidale con base molto larga; l'impermeabilità in queste dighe è garantita dal paramento a monte, costituito da uno strato in calcestruzzo e da uno strato sottostante in ghiaia per il drenaggio, oppure da un diaframma interno (nucleo) di argilla o calcestruzzo spinto in profondità fino a raggiungere uno strato impermeabile. La realizzazione di queste dighe può essere portata a termine con mezzi meccanici, sistema molto economico dati il grande sviluppo e l'elasticità di impiego delle macchine moderne, oppure con rinterro idraulico effettuato lanciando violenti getti d'acqua contro il terreno che viene distribuito uniformemente nella zona desiderata. Le dighe di pietrame hanno dimensioni del lato di base più ridotte di quelle delle dighe in terra e la loro impermeabilità è affidata a un manto in calcestruzzo sul paramento a monte. Possono essere in pietrame alla rinfusa (dighe a scogliera), costipato con vibratori, o in blocchi squadrati (dighe in muratura a secco) disposti regolarmente, quindi con spazi interstiziali ridotti al minimo. Vi sono infine le dighe miste in materiali sciolti che impiegano, in strati successivi (nella sezione verticale), terra e pietrame.
Opere accessorie
In generale per la manutenzione e il funzionamento delle dighe fisse sono necessarie opere accessorie quali: sistemi per lo smaltimento delle piene (realizzati con scarichi di superficie, o sfioratori nel caso di diga tracimabile); scarichi di alleggerimento o di mezzo fondo; bacino di smorzamento a valle dove si scarica la vena libera senza erodere la base della diga. Lo scarico di fondo, impiegato per incanalare le acque durante la costruzione della diga, durante l'esercizio serve per mettere in secco il bacino per eventuali lavori di manutenzione al paramento a monte della diga o per svuotare il bacino stesso dai materiali terrosi trasportati durante le piene e depositati per sedimentazione. Ogni diga è dotata, inoltre, di opere di presa al di sotto del livello minimo di invaso per lo sfruttamento delle acque secondo gli impieghi previsti; di sistemi di controllo delle tensioni interne, delle sollecitazioni nel terreno, delle deformazioni, delle inclinazioni, delle temperature, delle filtrazioni, ecc. all'interno del corpo stesso della diga e nei punti caratteristici della zona limitrofa; di murature antierosione, sottomurazioni, schermi di iniezione di cemento, reti di drenaggio, briglie per predisporre tutta la zona circostante e i corsi d'acqua affluenti a sopportare e ad adeguarsi alla variazione di equilibrio dovuta alla creazione della diga.
Problemi di costruzione e di progettazione
Particolari problemi si pongono durante la costruzione della diga per l'organizzazione del cantiere che in taluni casi (si pensi, per esempio, a costruzioni in alta montagna) deve essere prevista al dettaglio per quanto riguarda i collegamenti (apertura di strade, impianti di teleferiche, ecc.), il trasporto e la trasformazione in loco di forza motrice, gli sbancamenti per la formazione di piani per il deposito di materiali, gli impianti di lavorazione, gli alloggi delle maestranze (che possono essere contemporaneamente diverse centinaia). Uguale accuratezza deve essere posta nella progettazione delle modalità e della successione temporale delle singole operazioni, tenendo conto delle variazioni stagionali che condizionano in maniera diretta la previsione e l'attuazione dei cicli di costruzione sempre assai prolungati nel tempo. A livello tecnologico la grande mole delle dighe pone in particolare evidenza il problema del surriscaldamento, del ritiro e della deformazione dei getti di calcestruzzo con conseguente degradazione delle sue qualità; a ciò si ovvia con sistemi di raffreddamento e giunti speciali a volte dotati di resistenze elettriche per mantenere nel tempo la plasticità dei materiali di tenuta. L'apporto di uno studio preliminare della natura geologica dell'ambiente in cui sorgerà il complesso diga-bacino artificiale è indispensabile e determinante per l'impostazione progettuale dell'opera; al limite anche per negarla se le caratteristiche risultanti implicano costi sproporzionati o comunque rischi non calcolabili. L'esame geologico riguarda fondamentalmente tre argomenti: la possibilità di facile individuazione e la solidità dello strato roccioso sul quale si scaricheranno le spinte idrostatiche e il peso proprio della diga; le caratteristiche di impermeabilità e di stabilità geomorfologica del bacino e della zona di imposta; la valutazione della portata di materiali solidi alluvionali dei corsi d'acqua che alimenteranno il bacino artificiale. Anche a opere ultimate, durante il normale esercizio del manufatto, le indagini geologiche devono, o dovrebbero (per evitare gravi calamità), seguire il comportamento delle varie zone interessate dal bacino per controllare continuamente gli effetti causati da un'opera che, per la sua complessità, incide su un enorme numero di fattori, non ultimo l'equilibrio ecologico dell'ambiente modificandolo radicalmente. Infatti, la presenza di un bacino idrico darà luogo a fenomeni totalmente sconosciuti prima: innanzi tutto si formeranno una fauna e una flora ittiche nuove, e ciò produrrà modificazioni di quelle rivierasche a causa delle mutate condizioni di temperatura e umidità ambientali; ciò provocherà un diverso equilibrio geologico delle terre causato da un mutato irradicamento della flora. Questo progressivo mutamento coinvolgerà col tempo tutta la catena ecologica che costituisce le caratteristiche dell'ambiente originale.