Introduzione generale alla ingegneria delle dighe

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
1)
Gibe II (Etiopia) Dam
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
ACCUMULO per regolazione giornaliera)
2)
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
Dighe in PIETRAME
Dighe in CALCESTRUZZO
(earthfill dams)
(rockfill dams)
(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 DIGA
Dighe 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
TORRE DI PRESA
SCARICO DI FONDO
SCARICO DI MEZZO FONDO
CRESTA DIGA
VASCA DI DISSIPAZIONE
VASCA DI CONTENIMENTO
GALLERIE DI ADDUZIONE
CONDOTTE FORZATE
POZZO PIEZOMETRICO
CENTRALE IDROELETTRICA
SOTTOSTAZIONE ELETTRICA
Spillway
Intake Tower
Bottom Outlet
Middle Level Outlet
Dam crest
Plunge Pool
Stilling Basin
Power Waterways
Penstocks
Surge shaft
Power House
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 TERRA
1) 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)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
DIGA A GRAVITA’ ALLEGGERITA IN CALCESTRUZZO
DIGA IN PIETRAME CON MANTO BITUMINOSO
DIGA AD ARCO-GRAVITA’ IN RCC
SFIORATORE A CANALE
SFIORATORE A CALICE
POZZO PIEZOMETRICO
TORRE DI PRESA
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
DIGA A GRAVITA’ ALLEGGERITA IN CALCESTRUZZO
DIGA IN PIETRAME CON MANTO BITUMINOSO
DIGA AD ARCO-GRAVITA’ IN RCC
SFIORATORE A CANALE
SFIORATORE A CALICE
POZZO PIEZOMETRICO
TORRE DI PRESA
(Legadadi Dam – Etiopia)
GRAZIE PER
L’ ATTENZIONE
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