1.

Introduzione

Diga Barriera costruita per ostruire o deviare il corso di un fiume e raccoglierne le acque in un bacino artificiale.

Generalmente le dighe vengono costruite per aumentare il salto d’acqua naturale di un fiume, in modo da sfruttarlo per generare elettricità (vedi Energia idraulica), alimentare canali e sistemi di irrigazione e di approvvigionamento idrico, aumentare il livello dell’acqua del fiume per renderlo navigabile o controllare il livello nei periodi di piena e di siccità, o ancora per creare laghi artificiali a scopo ricreativo. Spesso le dighe svolgono contemporaneamente molte di queste funzioni.

La prima diga a noi nota fu costruita verso il 4000 a.C. in Egitto, allo scopo di deviare il corso del Nilo ed edificare la città di Menfi sui terreni sottratti alle acque. Molte antiche dighe a terrapieno, tra cui quelle costruite dai babilonesi, facevano parte di complessi sistemi di irrigazione che trasformavano regioni improduttive in fertili pianure. A causa dei danni provocati dalle inondazioni, pochissime dighe risalenti a oltre un secolo fa sono ancora integre. La costruzione di grandi dighe, virtualmente indistruttibili, divenne possibile solo con l’utilizzo del cemento idraulico e del calcestruzzo, e con l’introduzione delle moderne macchine per movimento di terra.

La possibilità di regolare il flusso delle acque influenza profondamente le prospettive economiche di vaste regioni. Nei paesi in via di sviluppo, l’acquisizione della capacità di costruire dighe per generare elettricità, prevenire le inondazioni e irrigare i terreni agricoli rappresenta uno dei passi fondamentali verso il consolidamento dell’organizzazione industriale.

2.

Progettazione

Una diga deve essere impenetrabile all’acqua per impedire le perdite eccessive e l’indebolimento della struttura stessa. Il progetto deve inoltre tenere conto delle diverse sollecitazioni cui la struttura è sottoposta, quali la gravità, la pressione dell’acqua trattenuta, la tendenza al sollevamento causato dalla pressione idrostatica sulle fondamenta, le spinte trasmesse dal terreno, talvolta generate anche da movimenti sismici.

Quando si prende in considerazione un possibile sito di edificazione di una diga, il rischio sismico deve essere valutato nell’ambito di un’analisi geologica approfondita (vedi Geologia): i geologi devono inoltre stabilire se le fondazioni naturali sono soggette a infiltrazioni e se sono in grado di sostenere il peso della struttura e delle acque da essa trattenute.

In passato, per la mancanza di adeguate analisi geologiche, si sono verificate terribili catastrofi. Un episodio tragicamente celebre è il disastro della diga in calcestruzzo del Vajont, al confine tra Veneto e Friuli. Il 9 ottobre 1963, migliaia di persone persero la vita a causa di una poderosa ondata, sollevata da una gigantesca frana di materiali rocciosi caduta nel bacino artificiale della diga. L’ondata fu tale da scavalcare la diga ad arco, alta ben 265 m. L’energia della massa d’acqua in caduta da quell’altezza devastò la sottostante cittadina di Longarone e diversi chilometri di fondovalle. La frana fu determinata da vari fattori geologici, e in particolar modo dall’indebolimento dei pendii rocciosi della zona, già ripidi e instabili, causato dall’acqua trattenuta.

3.

Altezza delle dighe

L’altezza massima di una diga è determinata dalla topografia del sito; tuttavia altri fattori possono imporre un limite inferiore a quello massimo teoricamente raggiungibile. Se lo scopo primario della diga è la produzione di energia elettrica, l’altezza è fondamentale, poiché la quantità di energia generata è direttamente proporzionale alla caduta, ossia all’altezza dell’acqua raccolta.

Nelle dighe progettate per prevenire le inondazioni (vedi Prevenzione delle inondazioni), invece, il fattore principale è l’ampiezza del bacino artificiale formato dalla diga, benché spesso accada che, oltre una certa altezza, l’aumento della capacità del bacino non giustifichi gli elevati costi di costruzione che ne risultano. Altri fattori che possono indurre a limitare l’estensione del bacino sono il valore della porzione di territorio che verrebbe sommersa e l’interferenza con autostrade e ferrovie.

Il lago o bacino artificiale formato da una diga può essere molto vasto. Ad esempio, il lago Kariba, formato dalla diga omonima sul fiume Zambesi, alta 128 m, completata nel 1959 e situata al confine tra Zimbabwe e Zambia, è lungo 282 km e si estende su una superficie di 5180 km².

4.

Sfioratori

Una volta stabilito il livello massimo del bacino, è necessario tenerlo sotto controllo, affinché non venga superato. A questo scopo si rende necessario uno scarico superficiale, detto sfioratore, che faccia effluire l’eccesso di acqua senza danneggiare la diga, la centrale elettrica o l’alveo del fiume oltre la diga. Il tipo più diffuso di sfioratore è il cosiddetto troppopieno, costituito da una parziale interruzione della sommità della diga, che risulta così tagliata da una linea arrotondata di displuvio, un po’ più bassa della sommità stessa. Per poter utilizzare al massimo la capacità del bacino, il troppopieno può venire chiuso da paratie mobili che limitano l’efflusso delle acque. In dighe come quelle del Mississippi, l’efflusso delle acque è talmente imponente che lo sfioratore occupa l’intera lunghezza della struttura: l’insieme appare come una successione di frangiflutti verticali che sostengono paratie mobili. Un altro tipo di sfioratore è lo scarico a scivolo, un largo canale di calcestruzzo in leggera pendenza, usato soprattutto per le dighe a terrapieno, non molto alte.

Le alte dighe ad arco costruite nei canyon rocciosi hanno normalmente pareti troppo ripide verso valle per potervi installare uno sfioratore. Nella diga Hoover, sul fiume Colorado, negli Stati Uniti, ad esempio, viene usato uno scaricatore superficiale a pozzo. Questo tipo di sfioratore, molto usato nelle dighe situate in bacini idrografici di dimensioni ridotte e non soggetti a forti inondazioni, consiste in un pozzo verticale, situato a monte della diga, che lascia fluire l’acqua del bacino quando il suo livello supera il limite prefissato; il pozzo è collegato a un condotto orizzontale che attraversa la diga e scarica l’acqua nel fiume sottostante.

5.

Sistemi di efflusso

Oltre agli sfioratori, che impediscono all’acqua del bacino artificiale di tracimare oltre la diga, sono necessari sistemi di efflusso che prelevano in continuazione l’acqua dal bacino e la scaricano nel fiume verso valle, allo scopo di inviarla alle turbine che azionano i generatori di energia elettrica o di utilizzarla per l’irrigazione. Generalmente i sistemi di efflusso consistono in tubazioni o condotte con bocche di aspirazione situate all’altezza del livello minimo del bacino. Tali condotte sono dotate di chiuse o paratoie che ne regolano la portata.

6.

Protezione contro l’erosione

È necessario fare in modo che l’acqua immessa nel fiume a valle della diga non eroda l’alveo fluviale o le fondamenta della costruzione. A questo scopo si costruiscono bacini detti vasche di calma, per ridurre la velocità dell’acqua. Una struttura comunemente usata per disperdere l’energia cinetica dell’acqua in caduta è la platea antierosione: il flusso d’acqua rapidissimo e poco profondo proveniente dalla diga è trasformato in un flusso lento e profondo, facendo scorrere l’acqua lungo una platea di calcestruzzo orizzontale, o leggermente inclinata, che si estende verso valle dalla base della diga.

7.

Tipi di diga

Le dighe sono classificate in base alla forma della struttura e ai materiali usati. I principali tipi di diga sono a gravità, ad arco, a contrafforti e a terrapieno. Una singola struttura può comprendere più di un tipo di diga; ad esempio, le dighe ad arco-gravità combinano il sistema a gravità e quello ad arco per garantire una maggiore stabilità, mentre una diga a terrapieno può avere la parte superiore, comprendente lo sfioratore, di calcestruzzo come una diga a gravità. La scelta del tipo di diga più adatta a un determinato sito è dettata da considerazioni sia tecniche sia economiche. Il costo di una diga dipende dalla disponibilità dei materiali da costruzione in loco e dalle possibilità di trasporto, ma talvolta sono le condizioni geologiche del sito a imporre un tipo particolare di costruzione, senza possibilità di scelta.

1.

Dighe a gravità

Le dighe a gravità sono solide strutture di calcestruzzo a sezione triangolare: la diga è spessa alla base e più sottile verso la sommità. Viste dall’alto, sono diritte o leggermente curve e la parete rivolta verso monte è quasi verticale. Queste dighe garantiscono una grande stabilità, determinata in primo luogo dal loro stesso peso, e richiedono in generale poca manutenzione. L’altezza massima di solito è determinata dalla resistenza del substrato. Dato il loro peso, le dighe a gravità alte più di 20 m vengono normalmente costruite solo su roccia viva. La diga di Grande-Dixence, in Svizzera, completata nel 1962, è una diga a gravità, di calcestruzzo, costruita su roccia viva. Lunga 700 m, con i suoi 284 m di altezza è una delle più alte del mondo.

2.

Dighe ad arco

Questo tipo di diga sfrutta gli stessi principi strutturali del ponte ad arco. La concavità è rivolta verso valle, e la maggior parte del carico d’acqua è distribuito verso le pareti laterali di una stretta valle o di un canyon, luoghi dove abitualmente tali dighe vengono utilizzate. Generalmente una diga ad arco richiede meno calcestruzzo di una diga a gravità, ma i siti che si prestano alla costruzione di questo tipo di struttura sono relativamente pochi. La prima diga ad arco, la diga di Pontalto, fu costruita in Austria nel 1611. La più alta diga ad arco-gravità è la diga Hoover, sul Colorado, al confine fra l’Arizona e il Nevada. Costruita nel 1936, è alta 221 m e lunga 379 m.

3.

Dighe a contrafforti

Tali dighe hanno una parete rivolta verso monte che sostiene le acque dell’invaso, e una serie di contrafforti o muri verticali triangolari che sostengono la parete e scaricano il peso dell’acqua sulla fondazione. Queste dighe talvolta sono chiamate dighe a gravità cave perché richiedono solo dal 35 al 50% del calcestruzzo necessario per costruire una normale diga a gravità di pari dimensioni. Dei diversi tipi di dighe a contrafforti, le più comuni sono quelle a lastroni e quelle ad archi multipli. Nel primo caso, la spinta dell’acqua è sostenuta da una serie di grandi lastre di calcestruzzo armato, che vanno da un contrafforte all’altro. Nelle dighe ad archi multipli, invece, una serie di archi permette di distanziare maggiormente i contrafforti.

Pur richiedendo l’impiego di una quantità notevolmente inferiore di calcestruzzo, le dighe a contrafforti non sono necessariamente meno costose di quelle a gravità. Il costo della messa in opera di forme di calcestruzzo complesse e l’impiego dell’acciaio dell’armatura generalmente annullano il risparmio sui materiali da costruzione. Tali dighe possono rivelarsi necessarie, tuttavia, nei luoghi in cui il substrato su cui si deve edificare la struttura non è abbastanza consistente. La diga Daniel Johnson, completata nel 1968 sul fiume Manicouagan, in Canada, è un’enorme struttura a contrafforti ad archi multipli. È lunga 1306 m e con i suoi 214 m di altezza è una delle dighe più alte del mondo.

4.

Dighe a terrapieno

Le dighe e gli argini costruiti ammassando e costipando terra e pietrame sono le strutture più usate per il contenimento delle acque. Vengono costruite utilizzando vari materiali, dall’argilla alle grosse pietre, che non richiedono particolari lavorazioni, ed è spesso la disponibilità del materiale in loco, o nelle immediate vicinanze, a fare propendere per questo tipo di costruzione. Lo sviluppo delle grandi macchine per il movimento di terra ha ridotto i costi di realizzazione delle dighe a terrapieno, rendendole competitive rispetto a quelle di calcestruzzo. A causa della scarsa stabilità di pendenza della maggior parte dei materiali usati per costruire le dighe a terrapieno, queste strutture devono avere la base da quattro a sette volte più larga dell’altezza. Poiché le infiltrazioni sono inversamente proporzionali alla distanza che l’acqua deve attraversare, le spesse dighe a terrapieno sono adatte ai siti caratterizzati da substrati permeabili. La grande diga di Assuan, in Egitto, ad esempio, è larga 1000 m ed è costruita su fondamenta di sabbia e ghiaietto che arrivano a una profondità di 213 m.

Le dighe a terrapieno possono essere costruite quasi interamente con materiali impermeabili, come l’argilla, o possono avere un nucleo di materiale impermeabile racchiuso, sia verso monte sia verso valle, da strati di materiale permeabile, ad esempio un misto di sabbia grossa e ciottoli. Per ridurre le infiltrazioni, il nucleo può estendersi ben al di sotto del livello della fondazione principale della diga. La diga di Tarbela, completata nel 1977 sul fiume Indo in Pakistan, è alta 143 m e lunga 2743 m. Contiene 126.151.570 m³ di terra e roccia nella sezione principale, la più vasta quantità di materiale mai impiegata per costruire una diga a terrapieno.

8.

Costruzione delle dighe

Un aspetto critico della costruzione di una diga è il prosciugamento e la preparazione della fondazione. Il prosciugamento generalmente viene effettuato con l’ausilio di uno o più argini di contenimento, che servono a deviare il corso del fiume durante la costruzione. La struttura di contenimento può essere costituita da un argine a terrapieno o da cassoni di lamiera d’acciaio riempiti di terra. La deviazione del corso del fiume viene ottenuta costruendo argini sia a monte che a valle del cantiere, e facendo passare l’acqua del fiume attraverso appositi canali di deviazione. Spesso, dopo il completamento della diga, tali canali vengono utilizzati per altri scopi, ad esempio come canali di scarico.

Se le condizioni topografiche impediscono la costruzione di canali, la diga può essere costruita in due fasi: con un primo sbarramento si isola e si prosciuga metà del corso del fiume, permettendo la realizzazione della prima metà della diga. Lo sbarramento viene poi rimosso e se ne costruisce un secondo dalla parte opposta del cantiere, per completare la struttura. La costruzione di dighe molto grandi può durare anche anni e il rischio che nel frattempo si verifichino forti inondazioni è molto alto.

L’imponente impianto idroelettrico delle Tre Gole, in costruzione sul fiume Chang Jiang in Cina, prevede la realizzazione di una diga lunga 2 km e alta 100 m. Più grande di qualsiasi costruzione edificata in Cina dall’epoca della Grande Muraglia, il bacino artificiale formato dalla diga, che si estenderà su una superficie di 600 km, sarà il più lungo del mondo. Le Tre Gole forniranno energia elettrica a Shanghai e al bacino superiore del Chang Jiang, e proteggeranno ben 10 milioni di persone dalle frequenti inondazioni che si verificano attualmente nella pianura alluvionale del fiume, dove si coltivano i due terzi del riso prodotto in Cina. Per realizzare la diga si procederà allo sbarramento della gola di Xiling: l’immenso lago artificiale sommergerà numerosi centri abitati, obbligando al trasferimento oltre un milione di persone.