Le dighe in calcestruzzo e muratura sono soggette ad un deterioramento naturale, causato dall’aggressione dell’ambiente, che ne riduce le iniziali caratteristiche di impermeabilità. Nel 1959, venne realizzata per la prima volta in Europa l’impermeabilizzazione del paramento a monte di una diga in rockfill mediante una geomembrana sintetica a bassa permeabilità.
30 L’impermeabilizzazione del paramento di monte con una geomembrana a bassa permeabilità fornisce una serie di vantaggi tra cui: minimizza l’impatto ambientale, è versatile e flessibile nella progettazione e nella applicazione, scarsamente soggetta ad alterazione chimica se a contatto con terreno o acqua; infine, la facilità e l’economicità della messa in opera insieme all’alta durabilità del materiale rappresentano la chiave del successo che ha avuto questo tipo di impermeabilizzazione.
Aspetto saliente delle geomembrane è la possibilità di combinare singole proprietà di due o più componenti in un unico materiale. La maggior parte delle geomembrane sono costituite da resine polimeriche che hanno la caratteristica di diventare soffici e pieghevoli quando vengono riscaldate senza tuttavia cambiare le loro proprietà meccaniche. Un materiale alternativo alle materie plastiche utilizzato per la realizzazione di geomembrane è la gomma.
La caratteristica principale della geomembrane è quella di trattenere i liquidi ed ha una permeabilità caratteristica che può variare da 10-11 a 10-13 centimetri al secondo. In base alle
caratteristiche principali inoltre possono essere definite due categorie di membrane: tessute e non tessute (Parolini & Vitali, 2005).
Le membrane tessute possono essere prodotte utilizzando un’ampia gamma di materie sintetiche o chimiche e sono fondamentalmente realizzate mediante tessitura.
Gli aspetti principali delle geomembrane tessute sono: la variazione dovuta alla tessitura delle caratteristiche meccaniche, l’influenza della struttura tessuta sulla porosità e la grande anisotropia. Per quanto riguarda gli aspetti meccanici, le membrane tessute mostrano generalmente una minore deformabilità e una maggiore resistenza; più la trama è densa più la struttura è solida e rigida. Difetto di tale materiale è che una volta innescato lo strappo esso si propaga nella membrana molto rapidamente.
La realizzazione di membrane non tessute inizia, a sua volta, con la produzione del materiale grezzo costituito da polimeri, elasticizzati o vulcanizzati. Questi materiali vengono fusi per formare un materiale unico e il più delle volte vengono fatti passare attraverso dei rulli in modo tale da ottenere uno spessore uniforme. Questi prodotti presentano le stesse caratteristiche di resistenza in tutte le direzioni e hanno un’elevata deformabilità.
31 Le caratteristiche meccaniche principali delle geomembrane sono qui riassunte:
• Resistenza allo strappo: la resistenza allo strappo per le geomembrane non tessute varia dai 20 ai 140 N/m, mentre per quelle rinforzate varia fra i 90 e i 450 N/m. La resistenza allo strappo ha un ruolo fondamentale nelle operazioni di stoccaggio e di montaggio in sito (Parolini & Vitali, 2005).
• Altra caratteristica importante delle geomembrane è la resistenza all’impatto, in quanto può avvenire che detriti trasportati dall’acqua vadano a scontrarsi con la diga.
• Modulo di elasticità: la presenza del rinforzo nelle geomembrane tessute permette di aumentare in modo sensibile la rigidezza del materiale.
Attualmente, il materiale più utilizzato come impermeabilizzante è il cloruro di polivinile (PVC), questo grazie alle sue caratteristiche di elevata resistenza ed elasticità oltre che per l’ottima durabilità. Questa tendenza tuttavia non trova riscontro al di fuori del territorio europeo e in particolare, nel continente americano, il polietilene ad alta densità (HDPE) risulta essere il materiale maggiormente impiegato.
La nascita del sistema di impermeabilizzazione va fatta risalire ad un installazione pilota realizzata nel 1969 sulla diga del Lago Verde in provincia di Parma. Si era iniziato con l’impermeabilizzare solamente il giunto tra la stuttura rigida in calcestruzzo al piede della diga ed il corpo diga deformabile con un sistema di geomembrane sintetiche in PVC. In seguito all’esito positivo di tale installazione, l’utilizzo di geomembrane impermeabili sintetiche fu esteso all’intero paramento di monte.
La prima realizzazione su una diga in calcestruzzo fu realizzata nel 1970 incollando, dopo una lunga ed accurata preparazione della superficie, il manto impermeabile in poliisobutilene al paramento. All’inizio il risultato fu soddisfacente, ma il materiale si deteriorò abbastanza rapidamente poiché manifestò una bassa resistenza nei confronti dell’azione dei raggi ultravioletti e delle variazioni di temperatura.
Il PVC fu utilizzato in tutte le applicazioni successive, ad iniziare dal 1976, anno in cui venne impermeabilizzato un intero paramento di monte con una geomembrane in PVC dello spessore di 2 millimetri. In questo progetto venne anche mutato il metodo di ancoraggio, e la geomembrana fu per la prima volta fissata al paramento mediante profili meccanici.
32 Nelle installazioni successive dal 1980 al 1988 il sistema si è progressivamente evoluto: dall’originaria geomembrana in PVC si è creato il geocomposito che viene ora comunemente usato in questo tipo di applicazioni. Il geotessile costituisce uno strato anti-punzonamento, che permette di ridurre al minimo la preparazione della superficie richiesta prima dell’installazione della geomembrana. Bisogna comunque prestare attenzione affinché i punti di discontinuità non generino potenziali problemi d’infiltrazione.
La barriera inoltre deve consentire il drenaggio dell’acqua che si trova a tergo della geomembrana e proviene da fenomeni di migrazione dell’acqua già presente nel corpo diga o per infiltrazione dell’invaso. La presenza di acque a tergo della membrana può essere di detrimento al sistema di impermeabilizzazione, specie in caso di rapido svuotamento dell’ invaso; la presenza di una grande quantità di acqua può dare origine a sforzi eccessivi fino a causare il collasso del sistema impermeabilizzante.