Organi di intercettazione

Il controllo delle portate da un serbatoio verso lo scarico o verso l’utilizzazione `e svolto rispettivamente dalle opere di scarico e di presa. La loro disposizione, collocazione e dimensionamento, dipende principalmente dal tipo di diga, cio`e tipologia strutturale e materiali utilizzati, dalle portate da smaltire, quindi dall’e- stensione del bacino, e dalle portate da utilizzare, cio`e dalla funzione dell’opera di sbarramento. Gli organi di controllo sono:

• scarico di superfice; • scarico di fondo;

• scarico di mezzo fondo, solo per le dighe di nuova costruzione; • opere di presa.

Lo scarico di superficie viene realizzato per poter smaltire verso valle, e senza danni alle opere, la portate che, esaurita la capacit`a del bacino, giunga al serbatoio stesso.

Lo scarico di fondo serve per il vuotamento del serbatoio: per emergenza, per la manutenzione delle opere, per l’eventuale allontanamento del materiale sedi- mentato, per svasi preventivi all’annuncio di una piena, per integrare talvolta lo scaricatore di superficie durante le piene. Nelle dighe in calcestruzzo esso `e spesso inserito nel corpo murario, suddiviso eventualmente in due scarichi in parallelo. Nelle dighe in materiali sciolti deve essere collocato al di fuori del corpo diga, utiliz- zando talvolta la deviazione provvisoria, opportunamente adattata, con un’unica eccezione: quando lo scarico possa essere cementato in una trincea scavata in roccia, in quanto la roccia stessa sia presente, al di sotto della diga.

Lo scarico di mezzo viene inserito nelle grandi opere per garantire una maggiore affidabilit`a nel processo di vuotamento, esso , infatti, sotto un minore carico, pu`o essere aperto con maggiore facilit`a anche in emergenza, consentendo di scaricare una frazione significativa del volume d’invaso.

Le opere di presa da serbatoi hanno forma e dimensioni che dipendono, oltre che dalla portata derivabile e dalla sua destinazione, dal tipo di diga e dalle condizioni del sito.

La presa `e posta pi`u in basso possibile per sfruttare al massimo l’invaso, riservan- do per`o al disotto un volume per l’accumulo del materiale sedimentato nell’ipotesi che il suo riempimento non avvenga prima di un numero prefissato di anni. `E opportuno che il manufatto di presa possa prelevare acqua, oltre che in prossimit`a del fondo, anche alle quote intermedie fino in prossimit`a del massimo invaso. Que- st’ultima disposizione `e raccomandata per due ragioni: una `e legata alle piene e alle relative portate di materiali, anche in sospensione. Questi, infatti, specie se il lago non `e molto esteso in lunghezza, possono giungere a depositarsi in prossimit`a dell’opera di presa. In queste condizioni appare evidente l’opportunit`a di poter attingere anche a quote pi`u elevate e prossime alla superficie. La seconda ragione riguarda la temperatura e le sue variazioni stagionali, cos`ı da consigliare al variare delle stagioni l’attingimento a quote differenti, con l’obiettivo di distribuire acqua ad una temperatura che sia pi`u vicina possibile alle temperature desiderate. L’opera di presa `e di solito collocata in prossimit`a dello scarico di fondo, l’apertura saltuaria consente lo smaltimento del materiale depositato nei pressi dell’imbocco, liberando quindi anche l’imbocco dell’opera di presa.

La chiusura degli scarichi e delle derivazioni avviene tramite dispositivi mobili detti paratoie. Nella maggior parte dei casi le sezioni delle opere da chiudere sono rettangolari, per cui vengono utilizzate paratoie rettangolari, ma sezioni diverse da quest’ultime vengono utilizzate per piccole paratoie, una delle pi`u diffuse `e quella circolare. Spesso vengono utilizzate in serie, ad esempio la parte superiore realizzata con una paratoia rettangolare, che consente lo scorrimento nei gargami, e quella inferiore a forma di semicerchio.

3.4.1.1 Paratoie

Le paratoie sono strutture mobili che servono a chiudere parzialmente o comple- tamente una struttura fissa per ritenuta d’acqua. I tipi fondamentali sono:

• paratoia piana; • paratoia a ventola;

• paratoia vinciana o porta a vento; • paratoia a settore.

Alcune di queste possono comporsi tra loro dando luogo ai seguenti tipi principali:

• paratoia piana su piana;

• paratoia a settore con ventola sovrapposta.

Le paratoie sono generalmente realizzate con strutture saldate in acciaio al carbo- nio. Per le paratoie in acciaio la dimensione minima degli elementi `e di 6-8 mm, cos`ı da garantire la saldabilit`a e per limitare la riduzione percentuale di spessore dovuta all’ossidazione.

Le azioni che sollecitano una paratoia sono di due tipi:

• carichi permanenti; • carichi accidentali.

Alla prima categoria appartengono: il carico idrostatico, se pur variabile con l’e- sercizio dell’opera `e pur sempre la maggior fonte di sollecitazione per cui `e ac- creditabile a questa categoria, il peso proprio della struttura, importante insieme al carico idrostatico per dimensionare gli organi di manovra, l’eventuale spinta di galleggiamento per paratoie a struttura, in tutto o in parte chiusa.

Le azioni accidentali sono essenzialmente due: quelle d’origine sismica e quelle dovute a possibili urti provocati dal materiale trasportato dalla corrente, conside- rando di norma trascurabili le azioni ondose di varia natura. Le paratoie e le loro parti accessorie, possono essere esposte all’azione del materiale solido trasportato: con qualche sofferenza per le manovre o per danni alla soglia: problemi da conside- rare con attenzione per impianti posti sui corsi d’acqua naturali o per gli scarichi di fondo. Oltre alla resistenza ai carichi le paratoie devono garantire una tenuta totale, saranno dunque, sotto questo aspetto, dei punti critici quelli di raccordo della paratoia con i margini della struttura, ed i gargami. Saranno dunque protetti con guarnizioni in gomma, o in alcuni casi, soprattutto utilizzati in passato, con dei lamierini in rame zincato o in acciaio.

3.4.1.2 Getti per la posa di paratoie

La progettazione di queste opere deve essere una progettazione integrata da parte del progettista civile e di quello elettro-meccanico, sia per la definizione dei carichi, ma soprattutto per la determinazione degli aspetti tecnici, dimensioni, passaggio delle tubazione e degli impianti.

Di solito il getto della struttura muraria attorno alla paratoia viene fatta in pi`u fasi, nella prima devono essere gettate la parti pi`u propriamente resistenti, inglo- bando i bulloni di collegamento o lasciando i fori necessari per il loro inserimento e disponendo di opportuni spazi per consentire le varie manovre di presentazione, allineamento, assemblaggio e rettifica in sito delle varie parti elettro-meccaniche: fori e spazi che poi vengono bloccati nel calcestruzzo con il definitivo fissaggio.

La seconda fase consiste nei getti di completamento che garantiscano un’adeguata coesione tra il calcestruzzo e le zanche o ganci delle opere metalliche.

In questa fase il progettista deve tener conto delle operazioni di montaggio e di trasporto, garantendo adeguati spazi di manovra.

3.4.1.3 Paratoia piana

Le paratoie piane, che chiudono luci a superficie libera, nella pi`u semplice forma strutturale, con travi orizzontali costituite da profilati, sono utilizzate per luci L ed altezze H di ritenuta relativamente modeste. Il prodotto L · H pu`o spingersi fino a valori di 30 m2: quindi, per L = 10m, pu`o assumersi H = 3m, ad esempio, con un peso dell’acciaio dell’ordine di circa 250 N/m2_{. Luci maggiori richiedono strutture}

con travi orizzontali composte e pesi specifici dell’ordine di 250-300 N/m2_{. A}

questi pesi sono d’aggiungere quelli relativi ai gargami, ai modi di sollevamento e agli organi di manovra. Un metodo per pre-dimensionare velocemente le paratoie piane irrigidite `e quello di disporre gli irrigidimenti orizzontali in maniera tale da avere campi sollecitati nello stesso modo, cos`ı da ottimizzare l’impiego del materiale. Tale risultato pu`o essere facilmente raggiunto andando a suddividere il prisma di spinta in un certo numero, pari al numero di campi che vogliamo ottenere, di poligoni con aree uguali (v. Figura 3.13):

Le travi cos`ı posizionate saranno quelle secondarie che andranno a scaricare su quelle primarie poste in corrispondenza dei gargami ed ortogonali a quelle prece- dentemente descritte. Quest’ultime sono dunque caricate da un numero discreto di forze derivanti da un carico triangolare. Le travi principali, in corrisponden- za dei gargami, sono a loro volta poggiate su due o pi`u ruote, la collocazione di quest’ultime deve essere tale da dar luogo, a paratoia chiusa, allo stesso carico sulle ruote, ma anche tale da rendere molto prossimi tra loro i momenti positivi e negativi sulla trave di supporto.

3.4.1.4 Paratoia a ventola

Le paratoie a ventola sono paratoie piane, incernierate sul fondo, che regolano il livello di un canale o di una diga. La paratoia `e generalmente sostenuta con tiranti a formare con l’orizzontale un angolo di circa 60◦; la portata viene fatta defluire abbassando, per rotazione, la cresta della paratoia, la vena sfiorante viene areata al disotto con aeroforo per evitare fenomeni di cavitazione. La paratoia non necessita quindi di gargami, esercitando la tenuta laterale con una pipetta che scorre su di una superficie rivestita con una lamiera di acciaio inossidabile.

Per aprire tutta la luce, la paratoia viene abbattuta sul fondo; questa particolarit`a comporta che la struttura sia sempre a contatto con l’acqua, ma anche esposta al danneggiamento da parte del materiale solido eventualmente trasportato sul fondo. La struttura `e solitamente costituita da due travi laterali principali, che sosten- gono una serie di travi secondarie trasversali, distribuite con la consueta regola di sopportare lo stesso carico, dopodich´e travi d’irrigidimento sul bordo libero ed il mantello di tenuta completano l’opera. In alternativa pu`o essere composta al contrario, cio`e un sistema di travi principali orizzontali che sostengono un sistema di travi secondarie verticali soggette ad un carico triangolare. La scelta dei due schemi dipende dalle dimensioni dell’opera.

La ventola automatica `e dotata di bilanciere contrappesato che consente, entro certi limiti la regolazione ed in regime di regolazione, di mantenere costante il carico a monte. Il contrappeso `e infatti dimensionato per essere in equilibrio con la ventola quando la spinta sulla stessa corrisponde ad un carico a monte fino al labbro sfiorante (v. Figura 3.14):

Figura 3.14: Ventola automatica

3.4.1.5 Paratoie a settore

Le paratoie a settore sono costituite da un settore circolare, che costituisce la ritenuta, supportato da una struttura che scarica su bracci laterali, incernierati alle pile (v. Figura 3.15):

La struttura `e costituita da un paramento cilindrico impermeabile in lamiera op- portunatamente centinato ed irrigidito da travi orizzontali, collegato ai due bracci laterali di spinta. Il paramento a volte viene realizzato con struttura autoportante a cassone e con bracci dello stesso tipo.

I bracci sono disposti in maniera tale da sopportare tutti lo stesso carico, possono essere paralleli alle pile od obliqui, quest’ultimi consentono di avere l’orditura oriz- zontale con due sbalzi, riducendo quindi il momento massimo; tuttavia aumentano i problemi per i perni di rotazione (v. Figura 3.16).

Figura 3.16: Paratoie a settore con bracci paralleli ed obliqui

Le paratoie a settore rappresentano una soluzione classica per gli sbarramenti flu- viali: essenzialmente per l’ampiezza delle luci e l’altezza della ritenuta che consen- tono, eventualmente associate ad una ventola superiore per suddividere i compiti di regolazione ed esercizio, oppure con soluzioni che possono essere tracimate. Inoltre l’assenza di gargami non espone la paratoia a fenomeni di danneggiamento a causa del materiale in sospensione, anche l’energia necessaria alla manovra `e inferiore a causa dell’assenza d’attrito tra la paratoia ed i gargami.

L’unico limite all’uso delle paratoie a settore `e lo sforzo al quale `e soggetto il perno, infatti quest’ultimo `e l’elemento maggiormente sollecitato.

3.4.1.6 Paratoie cilindriche ad asse orizzontale

Le paratoie cilindriche ad asse orizzontale sono state ampiamente impiegate nel- le traverse all’inizio dell’900. Sono cilindri di alcuni metri di diametro, alla cui estremit`a sono poste ruote dentate che ingranano su un gargame inclinato con cremagliera. La catena avvolta ad una dell’estremit`a consente di sollevare od ab- bassare la paratoia. In alcuni casi per non aumentare il diametro oltre le necessit`a strutturali, poter aumentare la ritenuta, contenendo quindi il peso della struttura, `e stato aggiunto un becco al bordo inferiore.

3.4.1.7 Saracinesche e valvole

L’intercettazione di condotte in pressione di dimensioni contenute avviene con saracinesche o valvole di vario tipo. Questi organi sono di serie per diametri e pressioni limitati, quando si hanno invece valori particolarmente elevati dei due, tanto che le valvole e saracinesche commerciali non sono pi`u utilizzabili, vengono progettate appositamente cos`ı come avviene con le paratoie.

Saracinesche

Forma e funzionamento sono analoghe a quelle impiegate negli acquedotti o negli impianti chimici, sono tuttavia costruite con elementi saldati, con un progetto specifico per adeguare le dimensioni e le pressioni in esercizio alle esigenze richieste.

Valvole

La categoria di valvole comprende alcuni tipi atti a funzionare nelle posizioni estreme di apertura e chiusura come:

• valvole a farfalla; • valvole rotative;

ed altri che possono scaricare in posizioni intermedie, come:

• valvole a fuso classiche o LARNER-JOHNSON ; • valvole a fuso a dispersione o HOWELL-BUNGER.

Questi organi vengono inseriti nelle tubazioni metalliche che costituiscono i con- dotti di scarico, e perci`o hanno trovato il loro impiego pi`u frequente negli scarichi attraversanti il corpo diga. Le valvole sono generalmente costruite con fusioni o con lamiere saldate. Le dimensioni delle luci non raggiugono di solito quelle delle paratoie piane, inoltre nella maggior parte delle applicazioni si trovano pi`u organi accoppiati con distinte funzioni di tenuta e regolazione.