diga
Argine utilizzato in passato per difendere le terre litoranee dalle acque del mare; in questa accezione il termine è ancora oggi usato per indicare alcune grandi arginature, per es., quelle delle coste olandesi. Nell’uso odierno, per d. si intende un’opera idraulica di sbarramento permanente o temporaneo nel corso di un fiume, per lo più di notevole mole, atta a produrre un forte innalzamento del pelo libero di un corso d’acqua a monte per creare un bacino artificiale, destinato a funzionare da serbatoio di accumulazione per la regolazione della portata del corso d’acqua, oppure da bacino di carico per una centrale idroelettrica, oppure da bacino di raccolta delle acque da utilizzare per irrigazione. Sempre più frequente, oggi, l’erogazione, da un unico bacino artificiale, di acque destinate a più settori di impiego.
Generalità
L’opera ha propriamente il nome di d. quando l’innalzamento del pelo libero provocato nel corso d’acqua è tale che le acque a monte invadono un territorio più grande di quello occupato in precedenza dall’alveo; quando invece il rigurgito è tutto compreso nell’alveo (in tal caso l’innalzamento del pelo libero ha valori modesti), lo sbarramento prende più propriamente il nome di traversa. A seconda che, in considerazione del regime delle acque, lo sbarramento risulti permanente oppure intermittente, le d. si distinguono in fisse o mobili; a seconda del tipo di costruzione adottato, si distinguono d. in muratura e d. in materiali sciolti; altra distinzione, conseguente al modo com’è ottenuto l’equilibrio statico, si fa tra d. a gravità e d. ad arco.
Elementi caratteristici di una d. sono: l’altezza dello sbarramento, dislivello tra la quota del piano di coronamento e quella del punto più basso della superficie di fondazione; il livello di massimo invaso, quota massima cui può giungere l’acqua nel serbatoio per l’evento di piena eccezionale previsto; l’altezza di massima ritenuta, dislivello tra la quota di massimo invaso e quella del punto più basso dell’alveo naturale in corrispondenza del paramento a monte; il franco, dislivello esistente tra la quota di coronamento dello sbarramento e quella di massimo invaso. Talvolta le d. in muratura possono essere superate dalle acque di piena (d. tracimabili).
Nel mondo esistono circa 40.000 grandi d. (sbarramenti con altezza non inferiore a 15 m), di cui poco meno della metà nella sola Cina; oltre 300 di esse, per lo più costruite negli Stati Uniti, sono alte almeno 150 m. La costruzione di nuove d. prosegue in vari paesi, prevalentemente extraeuropei, che hanno ancora bisogno di utilizzare le proprie risorse idriche per uso irriguo e, soprattutto, per la produzione di energia elettrica.
D. fisse
Le d. fisse possono essere costruite in muratura di pietrame, in calcestruzzo, in cemento armato, in ferro, in muratura a secco, in terra. Nelle d. in muratura e in calcestruzzo il paramento a monte (petto) può essere verticale, o, meglio, lievemente inclinato, mentre quello a valle (scarpa) è sempre notevolmente inclinato sulla verticale e opportunamente sagomato per evitare la formazione di vortici ai piedi della diga. Le fondazioni devono sempre garantire una perfetta immorsatura nel terreno sottostante; se questo è particolarmente resistente, basta sagomarne a gradinata il tratto su cui posa la diga. Per terreni meno compatti è necessario approfondire maggiormente le fondazioni e talvolta ricorrere a sistemi speciali (cassoni, pali, palancolate, diaframmi di tenuta ecc.).
D. in muratura. - Dal punto di vista strutturale si distinguono d. a gravità, prevalentemente in muratura di pietrame fino al 1930, oggi quasi esclusivamente in calcestruzzo di cemento, d. ad arco, d. ad arco multiplo, d. a gravità alleggerite e infine d. ad arco-gravità, tutte in calcestruzzo di cemento, talvolta armato.
Le d. a gravità (fig. A), che oppongono alla spinta dell’acqua invasata il loro peso, vengono impiantate di norma soltanto su roccia sana e resistente; se la roccia non si presenta ineccepibile per tutta la larghezza della valle, si provvede a sanare le falle e saldare le fratture con iniezioni di cemento e con diaframmi di tenuta. La più grande d. a gravità è la D. delle Tre Gole, realizzata in Cina, sul medio corso del Chang Jiang: lunga 1980 m e alta 185 m, dà luogo a un lago artificiale esteso a monte per circa 650 km. Altri imponenti esempi sono la Grande Dixence, in Svizzera, alta 285 m, che forma il Lac des Dix, lungo 5,3 km, la d. Grand Coulee sul fiume Columbia, che ha un’altezza di 167 m e un volume totale di calcestruzzo di 8 milioni di m3. Altre d. a gravità sono: quella di Kariba, al confine tra Zambia e Zimbabwe, sul fiume Zambesi, alta 128 m; quella di Bratsk, nella Siberia centrale, sul fiume Angara, alta 125 m. La tecnica italiana nella costruzione di d. a gravità ha raggiunto un elevato grado di perfezione, come attestano parecchi esempi importanti di tali opere. Tra questi, la d. di Castello (alta 78 m) in muratura di pietrame e quelle di Balze di S. Lucia (alta 108 m), dell’Alpe Gera (alta 178 m), e dell’Esaro (alta 118 m), in calcestruzzo di cemento. Nella d. a fungo, o a martello, si ha una serie di speroni, a distanza di 8-15 m tra loro, che nella parte a monte aumentano di spessore fino a toccarsi, costituendo un paramento continuo. Ogni sperone resiste per proprio conto come un tronco di d. a gravità; a valle tutti gli speroni sono riuniti da una membratura continua, e presso il piede il loro spessore aumenta fino a formare uno zoccolo unico. Appartengono a questo tipo di d., dette a gravità alleggerite, le d. italiane di Scais (Sondrio), alta 64 m, e di S. Giacomo di Fraele, alta 95 m. Grande economia di materiale si consegue con le d. ad arco, o a volta, curvando la d. a forma di arco impostato tra le sponde della valle. Questa dovrà essere stretta, formando una gola a pareti molto resistenti, capaci di sopportare le reazioni d’imposta.
Grande economia di materiale si consegue con le d. ad arco, o a volta, curvando la d. a forma di arco impostato tra le sponde della valle. Questa dovrà essere stretta, formando una gola a pareti molto resistenti, capaci di sopportare le reazioni d’imposta. Tra le d. ad arco, vi sono quella del Diablo Canyon sul fiume Skagit (Washington), alta 111 m, con spessore di 5 m in sommità e 37 m alla base, quella sull’Inguri nella Georgia (1980), alta 272 m, e quella di El Cajon nell’Honduras (1985), alta 234 m. Fra le d. in Italia, quelle del Lumiei (Udine), alta 132 m, e di S. Giustina sul Noce nel Trentino, alta 140 m; la più alta d. ad arco costruita in Italia è quella del Vajont con 268 m, non più utilizzata dopo il disastro del 1963. Nelle d. ad arco la volta può avere generatrici curvilinee anziché rettilinee e assume allora la forma di una specie di cupola, da cui la denominazione di d. a cupola (tale è, per es., la d. di Val Gallina, alta 85 m). Fra il tipo di d. a gravità massiccio e il tipo ad arco unico (fig. B), ha avuto notevoli applicazioni in Italia e all’estero un tipo intermedio cosiddetto ad arco-gravità. Il comportamento statico di tali opere è caratterizzato dalla collaborazione tra gli elementi orizzontali della struttura (archi) e gli elementi verticali che si comportano come mensole incastrate inferiormente. La d. Hoover nel Black Canyon del fiume Colorado, tra gli Stati di Nevada e Arizona, raggiunge l’altezza di 221 m; lo spessore in sommità è di 13,50 m, alla base di 198 m. Appartengono a questo tipo anche le d. italiane di Pieve di Cadore, alta 108,50 m, e di Cecita sul Mucone nella Sila. Nelle vallate molto ampie la soluzione ad arco unico non è applicabile e si è fatto allora ricorso alle d. ad archi multipli (fig. C), gli estremi dei quali impostano sui fianchi della valle e gli intermedi su contrafforti o speroni (posti da 10 a 20 m circa di distanza tra loro). Ne è un esempio grandioso la d. Bartlett, sul Green River nell’Arizona, alta circa 86 m, lunga 228 m e formata da 10 volte poggianti su 9 speroni e 2 spalle a gravità; le volte, a tutto sesto, sono dello spessore di 0,90 m in sommità e di 2,15 m alla base e inclinate di 48° sull’orizzontale. In Italia appartengono a questo tipo le d. di Val Tidone e del Tirso.
Analoga è la d. a lastroni, in cui tra i contrafforti, situati a distanza limitata, sono appoggiati lastroni di cemento armato che resistono per flessione come solai, e con il loro estradosso formano il paramento a monte della diga.
D. di materiali sciolti. - Le d. di terra (fig. D) sono costituite da un grande argine di terra che sbarra la vallata. Fino ad alcuni decenni fa, date le caratteristiche del materiale impiegato e il pericolo rappresentato per esse, come per gli argini fluviali, dalla tracimazione delle acque di piena, non superavano altezze molto elevate; oggi l’approfondimento di taluni aspetti della meccanica delle terre e la messa a punto di opportuni macchinari ha permesso di raggiungere altezze una volta impensabili. Il terreno di fondazione deve avere buona impermeabilità, conseguita anche con mezzi artificiali (iniezioni di cemento, di argilla, di sostanze chimiche, diaframmi di tenuta ecc.). Fra le d. in terra si ricorda la d. di Assuan (diga alta) in Egitto, sul Nilo, alta 111 m. Sempre in terra sono le d. di Rogun e Nurek, in Tagikistan, sul fiume Vakhè, le più alte del mondo con 335 m e 317 m, e la d. del Guavio (Colombia) alta 246 m. In Italia esistono diverse d. di terra di altezza moderata che hanno dato ottimi risultati: i nuclei centrali sono fatti di materiale contenente il 60% circa di argilla; la pendenza delle scarpate è pressoché uguale a monte e a valle; fra le più recenti d. di terra vi sono quella di Zoccolo in Alto Adige, alta 66 m, quella di Monte Cotugno, in Basilicata, alta 65 m, e quella del Metrano, in Calabria, alta 102 m. Esempi grandiosi di d. di terra sono anche le d. olandesi che resistono oltre che alla pressione statica anche a quella dinamica delle mareggiate. Migliaia di d. in terra (l’80% alte fra 15 e 30 m) sono state costruite in Cina.
Tra le più importanti d. di pietrame si annoverano quelle di San Gabriel nr.1, presso Los Angeles, alta 115 m, di scogliera alla rinfusa, con scarpate a monte e a valle di 1/3 d’inclinazione; la d. di Salt Springs sul fiume Mokelumme in California, alta 100 m; la d. Nihoro sul fiume Shogawa, in Giappone, alta 131 m; la d. di Akosombo, nel Ghana, sul fiume Volta, alta 134 m, completata nel 1965, che ha formato il lago artificiale di maggior superficie del mondo (8500 km2). La più alta d. in pietrame in Italia è quella del Cedrino, in Sardegna, alta 70 m.
D. mobili
Le d. mobili devono avere caratteristiche di buona tenuta e insieme di agevole e rapida manovrabilità, soprattutto nelle operazioni di apertura durante una piena. Se ne costruiscono di vari tipi: a paratoie piane, costituite da tante pile sottili, munite di gargami nei quali scorrono le paratoie; a paratoie cilindriche, costituite da cilindri metallici cavi che riposano su una soglia guarnita di legno; di semplice funzionamento automatico risultano le paratoie a ventola, costituite da una ventola rettangolare, imperniata attorno a un asse orizzontale, che resta chiusa finché sussiste l’equilibrio tra la spinta dell’acqua e l’azione di opportuni contrappesi, aprendosi appena prevale la spinta dell’acqua.
Altri tipi di d. mobili sono: la d. a tetto, costituita da due ventole imperniate al piede e contrapposte come le falde di un tetto; la d. Poirée, formata da cavalletti metallici ribaltabili che sostengono il manto di tenuta formato da panconi di legno accostati; la d. Milano, costituita da panconi (aghi) articolati a cerniera sul corrente di una passerella che corre sopra la d. e semplicemente appoggiati sulla soglia di fondo.
Sono in genere d. mobili le grandi opere di difesa delle coste olandesi, specialmente quelle edificate in epoca più recente; molto importante quella costruita dopo i tragici allagamenti del 1953, che costituisce il dispositivo di difesa contro le acque alte del Mare del Nord e sbarra i tre canali di marea dell’estuario della Schelda Orientale. Un sistema di d. mobili, denominato MOSE (Modulo sperimentale elettromeccanico), è stato progettato per difendere Venezia dalle inondazioni causate da alte maree eccezionali.