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Gli scarichi della diga
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Articoli di ingegneria idraulica
Spiegazione dettagliata della funzione e della struttura degli scarichi di una diga.

Scritto da Diego Del Tedesco

presente anche su: progettodighe.it

Introduzione

La costruzione di una diga si basa su una semplice idea: costruire un muro di cemento, che riesca a tappare, fermare, il flusso d'acqua di un torrente. Supponiamo di aver risolto il problema di erigere tale sbarramento, divengono evidenti altre necessità:

  1. deve esistere la possibilità di svuotare il serbatoio d'acqua creato dalla diga
  2. deve esistere la possibilità di mantenere nel serbatoio il livello d'acqua voluto, diverso in generale da quello massimo/minimo.
  3. è necessario prevedere la possibilità di incanalare parte dell'acqua per destinarla all'uso idroelettrico, o per irrigazione.
Gli scarichi sono le strutture che realizzano questi obbiettivi, la loro realizzazione è sede di particolare attenzione, da parte dei progettisti, poichè assicurano il corretto funzionamento dell'impianto. La normativa prevede che gli scarichi siano dimensionati per far fronte alla massima
piena sul bacino, inoltre che le eventuali paratie di apertura/chiusura delle condotte siano azionabili sia a mano, che tramite due forme di energia diverse (per questo motivo su certe dighe si prevede una piccola turbina che genera l'energia necessaria ad azionare i motori elettrici per aprire le paratie, oltre all'energia fornita dalla linea enel.)

Scarichi di Superfice

Come dice la parola, tali scarichi sono posizionati sulla superfice del bacino creato dalla diga, arrivando in una diga, sono le prime opere che anche il neofita riesce a individuare, per dirla tutta sono le uniche cose che uno vede a parte la diga e la casupola del custode.

1) Sfioratori a stramazzo

In molte dighe è previsto che, qualora il livello dell'invaso raggiunga la massima altezza della diga, essa venga semplicemente 'scavalcata' dall'acqua, secondo il principio del 'pi de pien no stà!'
Bisogna precisare che la normativa impone che, per tali tipi di scarico, vengano realizzate delle opere atte a diminuire il potere erosivo, dell'impatto col terreno, posseduto dall'acqua che tracima dalla diga.

Sfioratori a stramazzo - Ca Zul
In questa foto sono evidenziati gli sfioratori della diga di Ca Zul.

Cliccare sull'immagine per vederla senza evidenziazione

Sfioratori a stramazzo - schema
Nella figura in pianta (e quindi con la diga vista dall'alto) si vede chiaramente l'enorme scivolo su cui l'acqua scorre qualora scavalchi la diga, in particolare nell'impianto in questione tale acqua di sfioro viene convogliata nel pozzo d'immissione, per poi andare a finire nel condotto dello scarico di fondo (tale scarico è discusso in seguito)

Sfioratori a stramazzo - sezione verticale
Nella figura in pianta (con la diga vista da lato) si vede il profilo dello scivolo, e il pozzo d'immissione. E' bello notare la vasca smorzatrice, usata appunto per smorzare l'energia dell'acqua in caduta, e il cunicolo d'ispezione con i fori di drenaggio, infatti c'è sempre un pò di acqua che 'passa sotto' la diga, tramite questi fori essa viene convogliata, servendosi del tubo di scarico delle infiltrazioni, oltre la diga. Questo è estremamente importante poichè altrimenti le spinte idrostatiche di queste infiltrazioni farebbero 'galleggiare' la diga, con effetti pericolosi per l'invaso. La diga di Ravedis è molto simile a tale schema. Ho potuto parlare con gente che ha visitato il cunicolo d'ispezione, e che mi ha assicurato che ci sono variegati fori da 10cm di diametro che erogano acqua con una discreta portata, anche con l'invaso quasi vuoto.

2) Scarichi di superfice soggetti a saturazione

Esempio supremo di questi scarichi è rappresentato dallo scarico di superficie a calice dell'impianto di Pontesei, dalle figure sottostanti si vede come l'acqua venga inghiottita dal calice e convogliata verso il cunicolo di scarico, del diametro di 4 metri. Perchè la forma a calice?
la risposta è semplice: la quantità d'acqua che entra nel calice è proporzionale alla circonferenza di quest'ultimo, intuitivamente si comprende come con una circonferenza maggiore si possa 'maneggiare' una quantità d'acqua maggiore, quindi per riempire tutta la sezione del calice è necessario costruire un profilo che si allarga in superficie.
Altra cosa da notare sono i condotti di areazione, essi servono per consentire un adeguato apporto d'aria alla condotta, mantenendo un regime di 'pelo libero' cioè una condotta non in pressione. le 'alettine' che si vedono all'imbocco del calice servono a fare in modo che l'acqua scenda
verticalmente, senza creare moti turbolenti che penalizzerebbero la funzione di scarico.
Infatti l'obbiettivo è quello di avere un flusso pulito e lineare per tutta la condotta.
Si vede peraltro nella sezione longitudinale come la quota di massimo invaso sia a 802 mentre il calice a 800, quindi 2 metri più in basso.

Scarico a saturazione - Pontesei
La parte evidenziata è lo scarico di superfice della diga di Pontesei, lo stesso rappresentato negli schemi sottostanti.

Per vedere l'immagine senza evidenziazione cliccate su di essa.

Scarico a saturazione - Pontesei, pianta
Pianta dello scarico di superfice della diga di Pontesei. Si vede lo sfioratore a calice, la condotta di scarico condivisa anche dallo scarico intermedio.

Scarico a saturazione - Pontesei, sezioni verticali
In questo schema si nota la struttura dello sfioratore con le 'alette' e il dettaglio della condotta di scarico con i condotti di areazione (sez. E-E).


3) Sfioratori a sifone

Sono degli scarichi di natura semplice, utilizzati in nessuna delle dighe descritte in questo sito.

Sfioratori  sifone - schemi esplicativi

4) Scaricatori con paratoie

Nella foto sottostante si vede il dettaglio della paratoia che aziona lo scarico di superficie, è bene precisare che l'impianto è dotato di sfiori di tracimazione solo qualora la portata d'acqua scaricabile con queste paratoie, sommate agli scarichi di fondo ed ad eventuali scarichi ausiliari, è tale
da non consentire di far fronte a una piena.
Per la nostra esperienza si possono vedere dighe con sfiori e non, in generale dipende da come il progettista ha affrontato il problema del
dimensionamento dell'impianto, e, visto che siamo in italia, come sono state 'interpretate' le normative esistenti.

Scarico a paratoie - Sezione verticale
Dettaglio di uno scarico di superfice con paratoia.

Scarico a paratoie - Ponte Racli
Paratoie dello scarico di superfice della diga di Ponte Racli

Scarico a paratoie - Ca Selva
Organi di movimento per le paratoie di Ca Selva

Scarico a paratoie - Ca Selva - Dettaglio
Dettaglio a valle delle paratoie di Ca Selva

Scarico a paratoie - Ca Selva - Scivoli
Scivoli delle paratoie di Ca Selva. Ndr La diga di Ca Selva è alta 110 metri e gli scivoli di conseguenza ...

Commento banale: l'unica cosa di rilievo è che le paratoie di Ca Zul(e anche Ca Selva) si aprono col peso dell'acqua qualora quest'ultima arrivi al livello di massimo invaso, queste paratoie sono dette per questo motivo 'automatiche'. Semplicemente la pressione esercitata dall'acqua in condizioni di massimo invaso genera una forza che vince quella esercitata dal contrappeso della paratoia, sollevandola.

Scarichi di fondo

Se vi capita di andare a vedere una diga, difficilmente riuscirete a vedere questi scarichi, a meno che il bacino non sia stato svuotato; infatti come dice il nome essi sono posizionati sul fondo del bacino, e quindi di solito sono coperti dall'acqua. Generalmente sono costituiti da una galleria in pressione chiusa da una o più paratoie, seguita da una galleria a pelo libero, provvista quindi di aerofori.

Schema geberale si scarico di fondo

Il diametro degli scarichi di fondo è solitamente elevato (4-8m), infatti essi devono consentire il rapido svaso dell'impianto.
Di seguito si vede lo schema dello scarico di fondo della diga di Barcis(Ponte Antoi); si vede come questa condotta di 4 m sia gestita da due paratoie piane, gestite da un opportuna camera di manovra ricavata nel fianco della montagna.
Il problema di questi scarichi sta appunto nelle paratoie, in generale la pressione dell'acqua che spinge sulla prima paratoia fa si che questa sia impossibile da aprire.
Il trucco è usare due paratoie, la prima, a contatto con bacino, generalmente stagna e di tipo piano, mentre la seconda progettata in modo da poter essere sempre aperta, anche se su essa sono esercitate pressioni elevate, questo però è fattibile tecnicamente solo a scapito della tenuta stagna, rendendo, di fatto, necessario allo stesso momento l'uso della prima paratoia. Quindi inizialmente ci troveremo con la paratoia stagna chiusa, e bloccata dalla pressione dell'acqua, allora si chiude anche l'altra paratoia, e tramite un piccolo condotto sempre manovrabile si riempie il volume tra le due paratoie con acqua alla stessa altezza dell'acqua che spinge sulla paratoia stagna, e quindi alla stessa pressione. A questo punto è possibile aprire la paratoia stagna, e in seguito si apre l'altra.
Nel dettaglio dell'impianto di Barcis si può vedere la piccola turbina necessaria a produrre l'energia, in caso di bisogno, per la manovra delle paratie.

Scarico di fondo di Ponte Antoi - Sezione Verticale
Disegno dello scarico di fondo della diga di Ponte Antoi(Barcis)

Scarico di fondo di Ponte Antoi - Sezioni dello scarico
Sezioni della condotta di scarico della diga di Ponte Antoi

Scarico di fondo di Ponte Antoi - Dettaglio organi di scarico
Dettaglio degli organi di azionamento delle paratie.

Scarichi di esaurimento

Sono posizionati in fondo alla diga, sono di dimensione ridotta(0.8 1 metro diametro) essi servono per svuotare del tutto la diga, quindi svuotare anche gli ultimi rimasugli di acqua lasciati dallo scarico di fondo, poichè questo generalmente è posizionato qualche metro sopra il minimo invaso possibile.

Scarico di esaurimento - Ca Selva
Vista a valle dello scarico di esaurimento della diga di Ca Selva

Opere di presa

Tali opere servono a portare, tramite una condotta, l'acqua alle centrali idroelettriche poste a valle.
nella figura si vede l'opera di presa della diga di Barcis (Ponte Antoi)

Opere di presa - Ponte antoi sezine verticale
Si vede una galleria di 3.90m di diametro in pressione (infatti mancano i condotti di areazione) anche qui il sistema di apertura è a paratoie piane, inoltre è bene precisare, per chi
un giorno faccia un giro a Barcis, che la cabina di manovra è ricavata nello stabile dove
risiede il custode della diga.

Condotta forzata - Barcis
Condotta forzata che dalla diga di Barcis (Ponte Antoi) porta alla centrale di Barcis nei pressi della Vecchia Diga

Autore della pagina: Diego Del Tedesco (diego.deltedesco@progettodighe.it)

 
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