Introduzione generale alla ingegneria delle dighe e degli impianti idroelettrici 2 La progettazione geotecnica delle dighe in materiali ...
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Master Universitario di II Livello
IV Edizione
Anno Accademico 2014/2015
Direttore: Prof. Ing. Salvatore Miliziano
Seminari Maggio 2015
1) Introduzione generale alla ingegneria delle dighe
e degli impianti idroelettrici
2) La progettazione geotecnica
delle dighe in materiali sciolti
3) Applicazioni: casi specifici di dighe recentemente progettate
da Studio Pietrangeli
STUDIO PIETRANGELI Roma, Maggio 2015
Master Universitario di II Livello
IV Edizione
Anno Accademico 2014/2015
Direttore: Prof. Ing. Salvatore Miliziano
Seminari Maggio 2015
1) Introduzione generale alla ingegneria delle dighe
e degli impianti idroelettrici
Lezione 1 : DIGHE: COSA SONO? A CHE SERVONO? DI CHE TIPO SONO?
Lezione 2: DIGHE IN MATERIALI SCIOLTI
Lezione 3: IMPIANTI IDROELETTRICI: CRITERI DI SCELTA DEL SITO
Lezione 4: MANAGEMENT OF GEOTECHNICAL RISKS
Lezione 5: IL CASO DEL LAGO DI SAREZ
STUDIO PIETRANGELI Roma, 12 Maggio 2015
Master Universitario di II Livello
IV Edizione
Anno Accademico 2014/2015
Direttore: Prof. Ing. Salvatore Miliziano
Seminari Maggio 2015
1) Introduzione generale alla ingegneria delle dighe
e degli impianti idroelettrici
Lezione 1 : DIGHE: COSA SONO? A CHE SERVONO? DI CHE TIPO SONO?
STUDIO PIETRANGELI Roma, 12 Maggio 2015
Iniziamo cercando risposte a semplici domande.
Ciò ci servirà per affrontare progressivamente temi più specifici.
Cos’è una diga?
A che serve?
Che tipi di dighe esistono?
Descriveremo infine le opere accessorie che possono comporre una diga.
Cos’è una diga? Una diga è uno sbarramento artificiale permanente su un corso d’acqua naturale che serve a creare un lago artificiale. (Wikipedia) Secondo il regolamento italiano le DIGHE, di competenza del servizio nazionale, sono sbarramenti di più di 15m di altezza e 1 milione di metri cubi di invaso. In tutto il mondo vi sono circa 45.000 dighe (alte più di 15 m) Sono in circa 150 paesi, ma ben 22.000 sono in Cina e 4.000 in India. Solo cinque dighe su cento superano gli 80 m di altezza, e solo una su cento è più alta di 150 m. Considerando anche quelle più basse di 15 m, ci si trova con un numero imprecisato di milioni di dighe.
Per sbarrare un corso d’acqua
le dighe devono garantire:
• RESISTENZA
alla spinta dell’acqua.
• TENUTA
al passaggio dell’acqua.
LA GEOLOGIA, LA GEOTECNICA e LE PROPRIETA’ DEI MATERIALI
sono conoscenze NECESSARIE per progettare una diga.
Alcune definizioni prese dal regolamento italiano (per maggiori dettagli www.registroitalianodighe.it/for mazione o www.dighe.eu/informazioni/) Altri riferimenti: www.registroitalianodighe.it www.itcold.it www.progettodighe.it www.molare.net www.icold-cigb.org www.ussdams.org www.usace.army.mil www.usbr.gov
A che serve una diga? Che tipi di diga esistono? Le dighe si possono classificare in base - al loro USO, - alla loro FUNZIONE IDRAULICA, - ai MATERIALI con cui sono costruite.
Le dighe in base al loro USO si classificano (rif. 1987, USBR, Design of small dams) in: Dighe per BACINI DI ACCUMULO (storage dams) Dighe di DEVIAZIONE (diversion dams) Dighe di RITENUTA (retention dams)
Dighe per BACINI DI ACCUMULO (storage dams) Sono costruite per accumulare acqua quando arriva in abbondanza per farne uso nei periodi di secca. Possono suddividersi in base alla loro funzione (talvolta combinate): - per IRRIGAZIONE - Per DISTRIBUZIONE di acqua potabile e non, - per SALVAGUARDIA AMBIENTALE di fauna e flora endemica, - per USO RICREATIVO e sportivo, - per GENERARE ENERGIA ELETTRICA.
Dighe di DEVIAZIONE (diversion dams) Sono costruite per creare un salto idraulico che consenta la deviazione dell’acqua in altri sistemi di adduzione (canali, acquedotti). Possono essere costruite per necessità di irrigazione, di continuità nella presa d’acqua per acquedotti, di prese per canali che adducono ad altri bacini, o per usi industriali. In genere sono sbarramenti bassi, per lo più traverse. Possono essere costruite come opere temporanee per deviare un fiume dove si costruirà una diga….per costruire una diga occorre costruire una diga!
Gibe II (Etiopia) Upstream cofferdam Diga di DEVIAZIONE per incanalare il fiume nel canale di deviazione necessario per scavare le fondazioni della diga principale
Gibe II (Etiopia) Dam 1)
1) Diga temporanea di protezione zona
lavori (DEVIAZIONE)
2) Avandiga di monte (DEVIAZIONE)
3) Avandiga di valle (DEVIAZIONE)
4) Diga principale (di DEVIAZIONE per
adduzione a condotte forzate e di 2)
ACCUMULO per regolazione giornaliera)
4)
3)Dighe di RITENUTA (retention dams) Sono costruite per ritardare e laminare il passaggio di piene, di solito a protezione di aree antropizzate. Hanno generalmente grande capacità di invaso. A volte funzionano accumulando l’acqua in eccesso che viene scaricata da un canale o condotto di capacità limitata. Altre volte l’acqua viene immagazzinata per essere gradualmente restituita ricaricando la falda tramite permeazione nell’area di invaso. Altre volte tali dighe servono a trattenere e depositare il trasporto solido, ad esempio a protezione di interrimento di altre opere a valle.
Gibe II (Etiopia) desilting weir Diga di ritenuta di trasporto solido a protezione della diga di deviazione a valle.
Le dighe per la loro FUNZIONE IDRAULICA si classificano in: Dighe TRACIMABILI (overflow dams) Normalmente sono realizzate in calcestruzzo. Dighe NON TRACIMABILI (non overflow dams) Normalmente sono realizzate in materiali sciolti. A VOLTE SU UNO STESSO SBARRAMENTO COESISTONO AFFIANCATI I DUE TIPI DI DIGA
Diga di Alto Temo (Italia) Diga TRACIMABILE tramite sfioratore centrale.
Diga di Mita Hills 2 (Zambia) Diga NON TRACIMABILE
Le dighe, per i MATERIALI con cui si costruiscono, si classificano in:
Dighe in TERRA (earthfill dams)
Dighe in PIETRAME (rockfill dams)
Dighe in CALCESTRUZZO (concrete dams and RCC dams)
per queste ultime esiste una ulteriore suddivisione:
- a gravità,
- a gravità alleggerita,
- a speroni,
- ad arco gravità,
- ad arco.
A VOLTE SU UNO STESSO SBARRAMENTO COESISTONO AFFIANCATI DUE TIPI DI DIGADighe in TERRA e in PIETRAME sono le più semplici da costruire e quindi le più antiche. Alcune dighe costruite dai romani sono rimaste in piedi fino ad oggi. La prima diga in Europa costruita in CALCESTRUZZO fu realizzata in Svizzera nel 1872. Negli ultimi 20 anni le dighe a gravità hanno subito un grande sviluppo grazie all'invenzione del CALCESTRUZZO RULLATO COMPATTATO (RCC) tecnologia che permette di abbattere i costi e i tempi di realizzazione di queste dighe. Questa tecnologia è stata peraltro ideata dagli italiani per la diga di Alpe Gera negli anni sessanta e ripresa 20 anni dopo negli Stati Uniti ed oggi largamente diffusa.
Le dighe in TERRA sono le più comuni. Vantaggi: - ECONOMIA: sono fatte con materiale di facile reperimento e in parte di scavo della diga stessa. - STATICA: non richiedono fondazioni eccezionalmente buone. Svantaggi: - NON sono TRACIMABILI. La tenuta idraulica è data dal rilevato stesso. Tali dighe possono essere, a seconda di come si realizza lo strato impermeabile: • Omogenee • Zonate • Con nucleo
DIGHE IN TERRA Diga di Genzano (Italia)
Le dighe in PIETRAME sono molto simili a quelle in terra, si prediligono in zone remote o in zone molto piovose dove reperire e mettere in opera materiale roccioso è più facile ed economico. Anche esse sono generalmente NON TRACIMABILI. Richiedono fondazioni che non subiscano cedimenti eccessivi, pena il danneggiamento dello strato impermeabile. L’IMPERMEABLITÀ del rilevato è affidato normalmente ad uno strato sul paramento di monte che può essere fatto in vari modi, i più comuni in bitume o lastre di calcestruzzo. Oppure uno strato di argilla o di membrana plastica disposta nel nucleo della diga.
DIGHE IN PIETRAME Gibe III upstream cofferdam (Etiopia) Diga in pietrame con nucleo in membrana di PVC .
DIGHE IN PIETRAME Bumbuna dam (Sierra Leone) Diga in pietrame con paramento bituminoso.
Le dighe in CALCESTRUZZO
Vantaggi:
- Sono TRACIMABILI
- Si addicono per SBARRAMENTI ALTI in valli strette.
Svantaggi:
- STATICA: richiedono fondazioni buone (generalmente rocciose).
- ECONOMIA: richiedono produzione e posa in opera di calcestruzzo.
In funzione della bontà delle fondazioni e dei materiali disponibili, si possono ottenere
grandi economie di volumi e tempi di costruzione, adottando dighe:
- a gravità,
- a gravità alleggerita o a speroni
- ad arco,
- ad arco gravità,
- in RCC.DIGHE IN CALCESTRUZZO Gibe 2 dam (Etiopia) A GRAVITÀ
DIGHE IN CALCESTRUZZO Legadadi (Etiopia) A GRAVITÀ ALLEGGERITA
DIGHE IN CALCESTRUZZO Gibe 3 dam (Etiopia) In RCC
DIGHE IN CALCESTRUZZO Busalletta (Italia) A GRAIVTÀ ARCUATA
DIGHE IN CALCESTRUZZO Gordon Dam (Australia) ad ARCO a doppia curvatura
DESCRIZIONE DELLE OPERE ACCESSORIE CHE POSSONO COMPORRE UNA DIGA SFIORATORE Spillway TORRE DI PRESA Intake Tower SCARICO DI FONDO Bottom Outlet SCARICO DI MEZZO FONDO Middle Level Outlet CRESTA DIGA Dam crest VASCA DI DISSIPAZIONE Plunge Pool VASCA DI CONTENIMENTO Stilling Basin GALLERIE DI ADDUZIONE Power Waterways CONDOTTE FORZATE Penstocks POZZO PIEZOMETRICO Surge shaft CENTRALE IDROELETTRICA Power House SOTTOSTAZIONE ELETTRICA Switchyard
SFIORATORE su corpo diga Gibe II (Etiopia)
SFIORATORE a canale Gibe I (Etiopia)
SFIORATORE laterale Arcichiaro (Italia)
SFIORATORE a calice Bumbuna (Sierra Leone)
SFIORATORE a gradoni Tannur (Giordania)
SFIORATORE a gradoni in funzione Paradise (U.S.A.)
SFIORATORE del Gibe III: modello idraulico Curitiba (Brazil)
TORRE DI PRESA a portale Gibe 3 (Etiopia)
TORRE DI PRESA a torre Gibe I (Etiopia)
SCARICO DI FONDO Gibe II (Etiopia)
SCARICO DI MEZZO FONDO Gibe III (Etiopia)
CRESTA DIGA Rio Grande (Argentina)
VASCA DI DISSIPAZIONE Kariba (Zambia)
VASCA DI DISSIPAZIONE Gibe III (Etiopia)
VASCA DI CONTENIMENTO Casteddu (Italia)
GALLERIE DI ADDUZIONE Gibe III (Etiopia)
CONDOTTE FORZATE Gibe II (Etiopia)
POZZO PIEZOMETRICO Gibe III (Etiopia)
CENTRALE ELETTRICA Gibe II (Etiopia)
CENTRALE ELETTRICA Hoover dam (U.S.A.)
CENTRALE ELETTRICA Aigle (Francia)
CENTRALE ELETTRICA
Turbina Pelton (Gibe II Etiopia)
Turbina Francis (Gibe III, Etiopia)CENTRALE ELETTRICA componenti
SOTTOSTAZIONE ELETTRICA Gibe III (Etiopia)
Ed ora…una piccola verifica!
Ed ora … VERIFICA! Che tipo di diga è questa?
1) DIGA A GRAVITA’ IN RCC
2) DIGA AD ARCO-GRAVITA’ IN CALCESTRUZZO
3) DIGA IN TERRA1) DIGA A GRAVITA’ IN RCC
2) DIGA AD ARCO-GRAVITA’ IN CALCESTRUZZO
3) DIGA IN TERRA
(Dire Dam, Etiopia)Che tipi di opere riconosciamo in questa immagine?
1) DIGA A GRAVITA’ ALLEGGERITA IN CALCESTRUZZO
2) DIGA IN PIETRAME CON MANTO BITUMINOSO
3) DIGA AD ARCO-GRAVITA’ IN RCC
4) SFIORATORE A CANALE
5) SFIORATORE A CALICE
6) POZZO PIEZOMETRICO
7) TORRE DI PRESA1) DIGA A GRAVITA’ ALLEGGERITA IN CALCESTRUZZO 2) DIGA IN PIETRAME CON MANTO BITUMINOSO 3) DIGA AD ARCO-GRAVITA’ IN RCC 4) SFIORATORE A CANALE 5) SFIORATORE A CALICE 6) POZZO PIEZOMETRICO 7) TORRE DI PRESA (Legadadi Dam – Etiopia)
GRAZIE PER
L’ ATTENZIONE
alessandro.cagiano@pietrangeli.itPuoi anche leggere
