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SCIENZE - FISICA - LE DIGHE (Diga)

PRESENTAZIONE

L'acqua è sicuramente il composto più prezioso che l'uomo conosca, indispensabile alla vita.

L'uomo nel corso dei secoli ha imparato a sfruttare l'acqua per irrigare i campi, per rendere fertili terreni aridi e per produrre energia.

Ha costruito canali e acquedotti per far arrivare il liquido prezioso dappertutto.

Tuttavia la quantità d'acqua a disposizione per tutti questi scopi non è sempre costante ma varia a seconda delle stagioni e di particolari eventi climatici;

nelle zone tropicali, a periodi di siccità, si alternano le cosiddette stagioni delle piogge durante le quali si verificano precipitazioni abbondantissime che spesso causano inondazioni devastanti.

Per limitare i danni causati dall'instabilità delle stagioni e per disporre di un costante rifornimento idrico l'uomo ha realizzato sistemi di chiuse per controllare il livello dei bacini naturali (laghi e paludi) e il corso di torrenti e fiumi.

Addirittura ha progettato e costruito laghi artificiali dove raccogliere l'acqua sovrabbondante che precipita nei mesi freddi e ingrossa i corsi d'acqua, per sfruttarla nella stagione secca.

Certamente le dighe sono le più grandi opere di ingegneria civile prodotte dall'uomo.

In pratica, una diga è un gigantesco muro che ostacola il normale flusso di un corso d'acqua realizzando un lago dove l'acqua si accumula.

L'esempio più comune di diga è quella costruita tra un fianco e l'altro di due montagne che delimitano una valle percorsa da un torrente o da un fiume.

Il corso d'acqua diventa un grande lago naturale.

La diga di Assuan in Egitto, costruita per arginare le disastrose piene del Nilo, è lunga 1962 m e ha formato un bacino della capacità di 5 miliardi di m 3 di acqua.

Dove le maree si misurano in metri, specie lungo le coste dell'Atlantico, golfi ed estuari sono stati ostruiti da dighe per sfruttare il dislivello tra alte e basse maree;

famosa è la diga costruita in Francia attraverso l'estuario del Rance, un piccolo fiume che si getta nel canale della Manica.

Linea flashing backefro

Diga in terra di Benmore (Nuova Zelanda)

STRUTTURA DI UNA DIGA

Cerchiamo ora di capire come è fatta una diga, riferendoci a quelle più classiche cioè quelle che vediamo nelle strette valli di montagna.

Prima di tutto bisogna osservare che mai sono state costruite due dighe uguali;

la forma e la struttura di una diga dipendono principalmente dalla conformazione della valle, dalla quantità di acqua che deve essere contenuta, dal tipo di roccia sulla quale viene fatta poggiare e anche dalle escursioni di temperatura a cui sarà soggetta.

Generalmente una diga è più larga alla base dove grava tutto il peso della costruzione e la pressione dell'acqua è maggiore;

la sezione trasversale di queste gigantesche costruzioni ha la forma di un triangolo scaleno sormontato da un rettangolo.

I due lati che appoggiano ai fianchi della montagna si chiamano spalle, mentre la parte superiore è chiamata coronamento, e corrisponde al rettangolo della sezione trasversale;

lungo il coronamento in genere corre una strada riservata ai mezzi adibiti alla manutenzione.

Appena al di sotto del coronamento vengono praticate delle aperture, chiamate scarichi, che servono a lasciar defluire l'acqua in eccesso nel caso di piene improvvise ed eccezionali.

Se l'acqua traboccasse superando il coronamento, potrebbe distruggerlo e sgretolare la cima della diga.

Sempre a titolo precauzionale, la parte di terreno immediatamente a ridosso della diga viene ricoperta da un solido manto di cemento, per evitare eventuali corrosioni provocate dalla corrente del fiume.

Le dighe possono essere realizzate con materiali diversi.

Le dighe di terra sono costituite da più strati;

i più interni sono costituiti da argille impermeabili, ma meccanicamente poco resistenti.

Mentre gli strati più esterni vengono realizzati con sabbia e ghiaia.

Le dimensioni delle dighe di terra sono in genere contenute, anche se in America e in Cina ne sono state costruite alcune alte un centinaio di metri;

nel nostro paese l'altezza massima di una diga in terra non può superare, a norma di legge, i 25 metri, prescritti.

Le dighe più sicure sono quelle realizzate in calcestruzzo e possono essere divise in due tipi:

le dighe a gravità e a volta.

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Una diga a gravità, generalmente rettilinea, oppone alla forza delle acque solo il proprio peso e presenta la tipica sezione trasversale a triangolo scaleno, con il cateto più lungo rivolto all'interno del bacino.

Le dighe a volta, adatte per valli molto profonde e strette, hanno invece una sezione più regolare, anche se più spesse nel fondo, ma non sono rettilinee;

formano anzi una calotta con la convessità rivolta verso il bacino.

Una diga a volta scarica gli sforzi della pressione sulle spalle.

Durante la costruzione, particolare attenzione deve essere rivolta agli ancoraggi, cioè agli appoggi della diga nel terreno e nella montagna;

tra il corpo della diga e il terreno non si devono mai verificare infiltrazioni d'acqua.

Per evitare i danni del calore il calcestruzzo viene sempre gettato a strati.

Possedendo, il calcestruzzo, la particolarità di emettere calore quando rapprende, esiste il pericolo che, dopo il progressivo raffreddamento, si vengano a creare crepe nella struttura.

Proprio per prevenire gli effetti delle escursioni termiche viene seguita la tecnica degli strati, che prevede intervalli di separazione costituiti da bitume.

Anche la più piccola infiltrazione può essere potenzialmente pericolosa:

attraverso essa l'acqua comincerebbe a defluire velocemente sgretolando la struttura.

La realizzazione di una diga richiede severi controlli sia in fase di progettazione che in fase di costruzione.

Anche la più piccola infiltrazione può essere potenzialmente pericolosa:

attraverso essa l'acqua comincerebbe a defluire velocemente sgretolando la struttura.

Stereogramma di un bacino idrografico

Visita virtuale alla diga/centrale idroelettrica di Malnisio (PN) con IE8

I PONTI E I VIADOTTI

In questo capitolo abbiamo potuto vedere quale capolavoro di ingegneria siano le dighe;

ma esistono anche altre opere ingegneristiche che meritano la stessa attenzione:

i ponti e i viadotti.

Sebbene di ponti e viadotti (la differenza fra i due consta nel fatto che sotto i viadotti non passano dei fiumi) ne siano stati realizzati molti nell'antichità, alcuni dei quali veramente arditi (pensiamo agli acquedotti romani), i primi ad applicare i principi scientifici nella loro progettazione e realizzazione furono gli artisti-architetti del Rinascimento italiano, quali Brunelleschi e Leonardo da Vinci.

Con il progresso della metallurgia, alla fine del '700 si iniziarono a costruire ponti in metallo (prima erano in legno o di muratura) e alla fine del XIX secolo entrarono in uso catene e cavi.

Tre sono i tipi fondamentali di ponte:

a trave, ad arco e a ponte sospeso.

I ponti del primo tipo sono delle vere e proprie travi gettate da una parte all'altra;

generalmente questa tecnica viene utilizzata per campate brevi.

Nei ponti del secondo tipo, un grande arco sottostante sopporta il peso della strada.

I ponti sospesi sono invece formati da altissimi piloni alla cui sommità sono incappellati dei cavi metallici o travi di cemento armato o tondini d'acciaio ai quali è assicurato il ponte.

I famosi ponti di Brooklyn a New York e il Golden Gate a S. Francisco sono ponti sospesi.

Il Golden Gate a San Francisco

Golden Gate a San Francisco

Acquedotto romano

Acqua

In chimica, composto di formula H2O, diffuso in natura nei tre stati d'aggregazione della materia. Nel linguaggio corrente si intende in genere l'acqua allo stato liquido, che per la sua abbondanza sulla superficie terrestre e negli organismi viventi fu dagli antichi considerata uno degli elementi fondamentali che costituivano i corpi naturali.

Per molto tempo l'a. fu considerata come un elemento. Nel 18° sec. A. L. Lavoisier ne stabilì, fra i primi, la composizione e il metodo di sintesi. L'a. si forma per azione dell'idrogeno sui composti ossigenati, per combustione dell'idrogeno o di composti contenenti idrogeno ecc., ma normalmente essa non si prepara mai per sintesi data la diffusione con cui è presente in natura.

Gli stati di aggregazione rappresentano anche le varie fasi di un ciclo chiuso cui l'a. è sottoposta per azione del calore solare: dalla superficie marina o terrestre l'a. sale per evaporazione nell'atmosfera, dove condensa e ricade sulla Terra sotto forma di pioggia, neve, grandine, brina e rugiada; di essa parte resta in superficie, parte, attraverso fori e spaccature delle rocce, scende in zone più o meno profonde, nelle quali, arrestata dall'incontro di terreni impermeabili, scorre con leggi analoghe a quelle delle a. superficiali finché, per via naturale o per richiamo provocato artificialmente, ritorna in superficie, dove ricomincia il ciclo. Non tutta l'a. che arriva al suolo ritorna in circolazione, perché una certa porzione reagisce chimicamente con altre sostanze e non ricompare come a. finché nuovi processi geochimici non la liberano dalle sue combinazioni; la perdita è compensata dalle a. di nuova formazione che si originano nelle grandi profondità per reazione dell'idrogeno e dell'ossigeno ad alta temperatura (a. giovanili).

Nel compiersi di tutto il ciclo idrologico l'a. viene a contatto con sostanze solide, liquide e gassose, che in parte essa dissolve o porta in sospensione; l'a., dunque, non è mai pura, e ciò vale anche per quella meteorica che, attraversando strati più o meno spessi dell'atmosfera, ne dissolve alcuni componenti e ne trascina il pulviscolo in essa presente. Quando l'a. contiene dell'aria disciolta in essa (e talora anche altri gas) si dice aerata; quando vi siano stati eliminati l'aria o anche altri gas, si dice disaerata.

h2o

L'acqua distillata

A. chimicamente pura ottenuta dalla depurazione di quella comune; più corretta è la denominazione a. deionizzata o a. demineralizzata. La depurazione si può realizzare per evaporazione o con altri sistemi (scambio ionico, elettrodialisi, osmosi inversa). Generalmente non si utilizzano le prime porzioni dell'a. che evapora e si arresta il procedimento quando si è evaporato il 75-80% dell'a. di partenza. Per distruggere le eventuali sostanze organiche inizialmente si aggiunge un po' di permanganato potassico. Per l'evaporazione di notevoli quantitativi di a. (per industrie farmaceutiche, alimentari, alimentazione di caldaie ad alta pressione, elettrolizzatori, accumulatori ecc.) si ricorre a evaporatori a effetto multiplo o a termocompressione. A. completamente o quasi demineralizzata si può avere anche con resine scambiatrici.

Caratteristiche chimico-fisiche

La molecola dell'a., H2O, ha una struttura a forma di V (con diversi sistemi si è anche potuto misurare l'angolo formato dai due legami O-H che è di circa 104,5°). Le proprietà chimiche e fisiche dell'a. liquida sono fortemente influenzate dalla presenza di un particolare tipo di legame nella molecola, detto legame idrogeno, che si stabilisce fra l'ossigeno di una molecola e l'idrogeno di un'altra, comportando un'aggregazione che giustifica proprietà molto differenti. L'elevato valore della costante dielettrica dell'a. ne fa uno dei liquidi di più alto potere dissociante o ionizzante; gli acidi, le basi e molti sali in essa disciolti si dissociano, più o meno, in ioni (che vi si conservano in virtù appunto dell'alto valore della costante dielettrica e che sono della massima importanza per l'effettuarsi delle reazioni in soluzione, per i fenomeni e i processi d'elettrolisi). La stessa a. è dissociata, debolmente, nei suoi ioni, e questo permette la spiegazione dei fenomeni d'idrolisi che in essa avvengono. In fase vapore, la molecola H2O subisce un'altra dissociazione, termica, secondo lo schema 2H2O−►◀−2H2+O2, che diviene sensibile a una temperatura dell'ordine dei 2.000 °C e cresce al di sopra di questa.

Le soluzioni acquose

L'a. ha proprietà solventi verso la maggior parte dei composti; gli acidi, gli ossidi, i sali anidri vi si dissolvono con sviluppo di calore (causa l'idratarsi dei loro ioni), mentre i sali idrati in genere si dissolvono producendo un raffreddamento della soluzione. Dalle soluzioni acquose molti sali cristallizzano anidri mentre altri cristallizzano trattenendo a. in un dato rapporto, formando cioè dei sali idrati definiti. L'a. si combina con molti metalli (con quelli alcalini a freddo, con altri a caldo), con gli ossidi (formando gli idrossidi), con le anidridi (formando gli acidi); presenta la proprietà di catalizzare molte reazioni che in sua assenza avverrebbero con difficoltà.

Approfondimento

L'acqua è essenziale alla vita, ma questa risorsa non è disponibile in quantità illimitate sul nostro pianeta. Sebbene infatti la Terra appaia a chi la osservi dalla spazio un pianeta colorato di azzurro per la presenza delle immense distese oceaniche, solo una piccola frazione dell'acqua presente su di essa è effettivamente utilizzabile per le esigenze umane. Questa risorsa vitale deve dunque essere preservata, governata e resa disponibile a tutti, anche per evitare, in casi estremi, conflitti tra gli Stati.

Una risorsa scarsa

Di tutta l'acqua presente sulla Terra solo il 2,5% è dolce. La parte restante appartiene a mari e oceani. Di questo 2,5% il 68,9% è imprigionato nelle nevi e nelle calotte polari, il 30,8% è contenuto nelle falde o nel sottosuolo e solo lo 0,3% scorre in superficie in laghi e fiumi. L'acqua che può effettivamente essere utilizzata è meno dell'1% del totale di quella dolce. Nello studio dei cicli dell'acqua dolce si distingue fra acqua verde e acqua blu. La prima è l'acqua piovana che permette la sopravvivenza di molti ecosistemi e in parte sostiene l'agricoltura, mentre la seconda è l'acqua utilizzata dall'uomo e prelevata dalle falde acquifere e da laghi, fiumi o altre riserve. Si stima che la quantità di acqua blu totale sia di ca. 40.000 km3 all'anno, e di questi circa il 10% sia utilizzato dall'uomo. L'effetto congiunto dell'aumento demografico, della riduzione delle risorse, dei cambiamenti climatici e dell'inquinamento si traduce in una progressiva riduzione della quantità di acqua dolce disponibile per persona, che dovrebbe passare dagli attuali 6.600 m3 per persona all'anno a 4.800 m3 nel 2025. Questa quantità è ancora superiore, e di molto, rispetto a quella necessaria per la sopravvivenza, che è stimata in 1.700 m3 l'anno, livello sotto il quale scatta la definizione di stress idrico. Sebbene dunque vi sia ancora abbastanza acqua sul nostro pianeta, questa risorsa sta lentamente diminuendo. Inoltre, l'acqua è distribuita e utilizzata in maniera disomogenea: per es. un abitante dell'Africa subsahariana utilizza fra 10 e 20 l al giorno, un europeo in media 200 l, mentre un cittadino del Nord America circa 350 litri.

Gli usi dell'acqua

L'acqua è utilizzata per ca. il 66% per scopi legati all'agricoltura, per il 10% per usi domestici, per il 20% dall'industria e per il 4% è perduta dalle riserve a causa dell'evaporazione. Per produrre un kg di patate occorrono complessivamente circa 100 l di acqua, per un kg di riso 1.400 l, mentre per una bistecca sempre da 1 kg, 13.000 litri. Per fare un confronto, la produzione di una tonnellata di acciaio richiede 11.000 litri. Sebbene l'agricoltura sia responsabile da sola dell'utilizzo dei due terzi delle risorse idriche, buona parte dell'acqua utilizzata per questo scopo non viene dispersa definitivamente, ma rimane in circolo, essendo parzialmente riassorbita dalle falde. La stessa intensa evaporazione produce dei cambiamenti nei microclimi capaci di aumentare la piovosità, restituendo così in loco l'acqua utilizzata.

Le strategie da adottare

Si parla spesso dell'acqua come 'oro blu', per analogia con il petrolio, detto 'oro nero' per sottolineare come sia considerata una risorsa preziosa, da condividere e amministrare. Sono oltre 250 i fiumi e i laghi che delimitano confini nazionali, e spesso la gestione delle acque è causa di conflitti internazionali. La scarsità di questa risorsa è una delle cause del fenomeno dei profughi ambientali, cioè popolazioni costrette a lasciare la propria terra d'origine per le mutate condizioni ambientali, e, all'inizio del 21° sec., si stima che vi siano in tutto il mondo 1,1 miliardi di persone che sopravvivono senza avere a disposizione dell'acqua veramente potabile. Le organizzazioni internazionali sono intervenute più volte con diverse iniziative per affrontare quella che è percepita come una crisi mondiale dell'acqua. La Dichiarazione del millennio dell'ONU (Organizzazione delle Nazioni Unite), del 2000, stabilisce tra gli obiettivi dell'umanità quello di dimezzare entro il 2015 la percentuale di popolazione mondiale che non ha accesso a un'acqua veramente potabile e ai servizi sanitari di base come la rete fognaria. La strategia suggerita dal WTO (Organizzazione mondiale del commercio) per raggiungere questi obiettivi prevede, tra l'altro, la gestione privata delle reti di distribuzione dell'acqua, nella convinzione che una amministrazione in regime di concorrenza possa ridurre sprechi, ottimizzare le risorse e fornire i capitali per gli investimenti necessari. Questa interpretazione è però avversata da un vasto movimento internazionale, che propone invece un Contratto mondiale per l'acqua che riconosca il diritto inalienabile di ogni individuo a disporre della sua razione giornaliera di acqua dolce.

Le soluzioni non sono dunque a portata di mano, anche perché vi sono profonde divergenze sulle strategie da adottare. Oltre alla questione della privatizzazione, e alla nascita delle grandi multinazionali dell'acqua, i pareri divergono anche sull'utilità delle grandi dighe per governare il corso dei fiumi e creare riserve da usare anche a fini energetici; come pure sui modi migliori per amministrare l'acqua per l'irrigazione. Ogni tre anni viene organizzato il Forum mondiale dell'acqua, il primo dei quali si è tenuto a Marrakech, in Marocco, nel 1997. Proprio questi forum hanno evidenziato la diversità di posizioni esistenti. In particolare, non è stata accettata la definizione di acqua come diritto fondamentale di ogni individuo, in favore di una più neutrale formulazione di acqua come bisogno. Una differenza non solo di tipo nominalistico, ma che ha conseguenze concrete nel determinare la politica dei diversi Stati. L'innovazione tecnologica sta fornendo comunque nuove soluzioni. Si sta sviluppando una chimica attenta a ridurre il consumo di questa risorsa nelle industrie attraverso l'uso per es. di catalizzatori non inquinanti. Anche le biotecnologie potrebbero ridurre la quantità di acqua necessaria nelle coltivazioni, mentre nuove opportunità vengono dai processi di dissalazione di acqua, sempre più convenienti.

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Vocabolario

La Diga

diga.

(s.f.), sbarramento artificiale che serve a trattenere l'acqua del mare o a modificare il deflusso di un fiume.

Inglese dam

Francese (f.) digue

Tedesco (m.) Staudamm

Sinonimi di:

diga

(s.f.), argine, chiusa, frangionde, freno, molo, sbarramento.

(s.f.), baluardo, barriera, difesa.

Vocabolario:

gettata.

(s.f.), 1 il gettare. 2 diga costituita da scogli o grosse pietre. 3 il germogliare delle piante. 4 la quantità di sangue che esce dalla cavità cardiaca nell'unità del tempo.

Inglese

cast

Francese

(f.) coulage

Tedesco

(m.) Wurf

guardadighe.

(s.m. invar.), persona avente il compito di sorvegliare una diga e le installazioni ad essa connesse.

Inglese

damguard

Francese

(m.) garde barrages

Tedesco

(m.) Deichwärter

polder.

(s.m. olandese), in Olanda, estensione di terreno sottratta al mare mediante una diga, per essere coltivata.

Inglese

polder

Francese

(m.)polder

Tedesco

Polder

sbarramento.

(s.m.), 1 lo sbarrare: tiro di -. 2 ostacolo che impedisce il passaggio: superare lo -. 3 diga naturale su un fiume,

Inglese

blocking

Francese

(m.) barrage

Tedesco

(f.) Verspeerung

volume.

(s.m.), 1 in fis. la misura dello spazio occupato da un corpo solido: il - del cilindro, della sfera ecc. 2 massa, quantità: un enorme - di acqua si rovesciò dalla diga; quel cantante ha un - di voce veramente notevole. 3 nel linguaggio artistico: i volumi di una scultura, pittura, la pienezza delle forme. 4 libro o parte di un'opera letteraria: un trattato in dieci volumi. 5 anticamente, rotolo di papiri su cui era scritta un'opera e che veniva svolto per lettura.

Inglese

volume

Francese

(m.) volume

Tedesco

(n.) Volumen