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Diga di Hoover | Tutti i segreti di questa meraviglia ingegneristica
Diga di Hoover | Tutti i segreti di questa meraviglia ingegneristica
La magnifica diga di Hoover costruita 80 anni fa è ancora solida e serve agli Stati Uniti nei settori dell'irrigazione, del controllo delle piene e della produzione di energia. Anche durante una pioggia torrenziale non vedrete la diga di Hoover in questo modo causando distruzione. Benvenuti ai segreti ingegneristici della diga di Hoover. In questo video assumerete il ruolo dell'ingegnere progettista e della diga di Hoover, il signor John Savage, e progetterete e costruirete una gigantesca diga nel fiume Colorado in Arizona. Se stai guardando questo video, probabilmente i nostri contenuti ti sono utili, eppure molti di voi non sono ancora iscritti al canale. Iscriverti è il modo più semplice per supportare il nostro lavoro e non perdere i prossimi video tecnici e istruttivi. Basta un click, ma per noi fa la differenza. Iscriviti e fai parte della community perché insieme condividiamo il sapere industriale. Grazie. Il gruppo di rilamento del signor John Savage individuò le montagne del Black Canyon accanto al fiume Colorado. Il motivo? Le montagne hanno un'altezza adeguata e strette aperture tra di esse, consentendo un enorme risparmio sui materiali da costruzione. Tuttavia, molte sfide progettuali attendevano ancora il capo ingegnere del progetto.
Iniziamo con la progettazione di una parete rettilinea in calcestruzzo di larghezza uniforme. La forte pressione dell'acqua provoca ovviamente la deformazione e la flessione della parete. Si può osservare che a causa di questa flessione le fibre esterne si allungano e le fibre interne si comprimono. Questa situazione genera trazione sul lato a valle della parete e compressione sul suo lato a monte. Quando al calcestruzzo viene applicata una tensione di trazione, esso sviluppa facilmente fessure. In generale, gli edifici moderni utilizzano barre d'acciaio per superare questo problema, poiché le barre d'acciaio possono sopportare facilmente un elevato carico di trazione. Tuttavia, il signor John Savage aveva una soluzione molto più semplice, una che non richiede barre d'acciaio, la tecnologia della diga d'arco. Quando si imprime una curvatura a una diga, essa diventa una diga d'arco. Come mostrato, questa diga ad arco si deforma sotto il carico dell'acqua. Ora, se confrontate la forma deformata di questa diga con la sua forma originale, noterete che sia le fibre a monte sia quelle a valle subiscono una riduzione di lunghezza, il che significa che l'intero corpo della diga sarà sottoposto a compressione.
Il calcestruzzo può resistere a forti forze di compressione. Questa è la semplice bellezza della tecnologia della diga d'arco. Tuttavia, se mettiamo la diga in esercizio, essa ha ancora una buona probabilità di ribaltarsi a causa della pressione dell'acqua. Possiamo risolvere questo problema aumentando gradualmente la larghezza della diga verso la base. Questo approccio abbasserà il baricentro del corpo della diga. Più basso è il baricentro, maggiore è la stabilità di un oggetto. Il progetto che abbiamo ottenuto adesso è chiamato di ad arco a gravità e questo progetto può superare i problemi della tensione di trazione e della stabilità. Questo design a larghezza crescente può anche resistere alle forze di taglio. Il diagramma della pressione dell'acqua sul corpo della diga non è uniforme, ma forma triangolare e aumenta verso la base. Tuttavia, poiché l'aria della diga aumenta verso la base, il valore della tensione di taglio in ogni sezione trasversale è pressoché identico. La successiva grande sfida che Savage dovette affrontare fu l'altezza della diga. Più alta è la diga, maggiore è la sua capacità di accumulo dell'acqua. Questo ovviamente è un vantaggio per la produzione di elettricità e il controllo delle piene.
Ma è possibile costruire una diga alta quanto le pareti della montagna? Per prima cosa dobbiamo analizzare la massima portata di piena che può verificarsi durante la vita utile della diga che dipende dai lati pluviometrici regionali e dal bacino imbrifero. Dopo aver costruito una diga così alta, anche durante una piena eccezionale, se la diga non si riempie fino alla sua capacità, allora è ovviamente stata sovradimensionata. Inoltre, costruire una diga più alta richiede molti più materiali, aumentando drasticamente il costo di costruzione. Pertanto il signor Savage scelse un'altezza economicamente conveniente che soddisfa il fabbisogno idrico delle città vicine e svolge anche il controllo delle piene. L'altezza che scelse fu di 726 piedi. La parete principale del progetto di questa diga è ora completa. Ora la parte più interessante, l'esecuzione della sua costruzione. Essendo una dica d'arco a gravità, ha bisogno di forti pareti montuose per trasferire il carico. Prendiamo una sezione trasversale delle montagne. Si può vedere che le rocce in superficie sono alterate piuttosto deboli. Pertanto il primo compito durante la costruzione di Hoover fu rimuovere tutte quelle rocce alterate finché non rimasero solo quelle sane.
Per raggiungere la roccia sana, gli operai praticarono fuori usando martelli pneumatici e li fecero brillare con la dinamite. Dopo l'esplosione operai acrobatici venivano calati con fun rimuovere la roccia sciolta dalle pareti e il materiale scavato veniva portato via con i camion. Questa diga deve avere un collegamento solido con le pareti laterali.
Iniziamo con la progettazione di una parete rettilinea in calcestruzzo di larghezza uniforme. La forte pressione dell'acqua provoca ovviamente la deformazione e la flessione della parete. Si può osservare che a causa di questa flessione le fibre esterne si allungano e le fibre interne si comprimono. Questa situazione genera trazione sul lato a valle della parete e compressione sul suo lato a monte. Quando al calcestruzzo viene applicata una tensione di trazione, esso sviluppa facilmente fessure. In generale, gli edifici moderni utilizzano barre d'acciaio per superare questo problema, poiché le barre d'acciaio possono sopportare facilmente un elevato carico di trazione. Tuttavia, il signor John Savage aveva una soluzione molto più semplice, una che non richiede barre d'acciaio, la tecnologia della diga d'arco. Quando si imprime una curvatura a una diga, essa diventa una diga d'arco. Come mostrato, questa diga ad arco si deforma sotto il carico dell'acqua. Ora, se confrontate la forma deformata di questa diga con la sua forma originale, noterete che sia le fibre a monte sia quelle a valle subiscono una riduzione di lunghezza, il che significa che l'intero corpo della diga sarà sottoposto a compressione.
Il calcestruzzo può resistere a forti forze di compressione. Questa è la semplice bellezza della tecnologia della diga d'arco. Tuttavia, se mettiamo la diga in esercizio, essa ha ancora una buona probabilità di ribaltarsi a causa della pressione dell'acqua. Possiamo risolvere questo problema aumentando gradualmente la larghezza della diga verso la base. Questo approccio abbasserà il baricentro del corpo della diga. Più basso è il baricentro, maggiore è la stabilità di un oggetto. Il progetto che abbiamo ottenuto adesso è chiamato di ad arco a gravità e questo progetto può superare i problemi della tensione di trazione e della stabilità. Questo design a larghezza crescente può anche resistere alle forze di taglio. Il diagramma della pressione dell'acqua sul corpo della diga non è uniforme, ma forma triangolare e aumenta verso la base. Tuttavia, poiché l'aria della diga aumenta verso la base, il valore della tensione di taglio in ogni sezione trasversale è pressoché identico. La successiva grande sfida che Savage dovette affrontare fu l'altezza della diga. Più alta è la diga, maggiore è la sua capacità di accumulo dell'acqua. Questo ovviamente è un vantaggio per la produzione di elettricità e il controllo delle piene.
Ma è possibile costruire una diga alta quanto le pareti della montagna? Per prima cosa dobbiamo analizzare la massima portata di piena che può verificarsi durante la vita utile della diga che dipende dai lati pluviometrici regionali e dal bacino imbrifero. Dopo aver costruito una diga così alta, anche durante una piena eccezionale, se la diga non si riempie fino alla sua capacità, allora è ovviamente stata sovradimensionata. Inoltre, costruire una diga più alta richiede molti più materiali, aumentando drasticamente il costo di costruzione. Pertanto il signor Savage scelse un'altezza economicamente conveniente che soddisfa il fabbisogno idrico delle città vicine e svolge anche il controllo delle piene. L'altezza che scelse fu di 726 piedi. La parete principale del progetto di questa diga è ora completa. Ora la parte più interessante, l'esecuzione della sua costruzione. Essendo una dica d'arco a gravità, ha bisogno di forti pareti montuose per trasferire il carico. Prendiamo una sezione trasversale delle montagne. Si può vedere che le rocce in superficie sono alterate piuttosto deboli. Pertanto il primo compito durante la costruzione di Hoover fu rimuovere tutte quelle rocce alterate finché non rimasero solo quelle sane.
Per raggiungere la roccia sana, gli operai praticarono fuori usando martelli pneumatici e li fecero brillare con la dinamite. Dopo l'esplosione operai acrobatici venivano calati con fun rimuovere la roccia sciolta dalle pareti e il materiale scavato veniva portato via con i camion. Questa diga deve avere un collegamento solido con le pareti laterali.
A tale scopo scavarono la parete montuosa a forma di arco, ancora una volta usando esplosioni di dinamite. Il corpo della diga prende forma da questi scavi profondi, rendendo davvero molto forte il collegamento tra la parete montuosa e la diga. Ora la successiva grande domanda è come il terreno sosterrà il peso di una diga così massiccia. Durante lo scavo è fondamentale raggiungere uno strato di terreno resistente chiamato strato duro. Per trovare lo strato duro gli operai usarono escavatori meccanici e scavarono l'alveo del fiume fino a una profondità di ben 135 piedi. Scavarono l'alveo del fiume alla stessa larghezza della larghezza di base della diga. Un dettaglio che non abbiamo ancora menzionato è che prima di iniziare tutto questo lavoro dovettero prima deviare il flusso del fiume in un'altra direzione.
Per farlo costruirono dighe provvisorie e gallerie di deviazione. Ora è il momento del getto di calcestruzzo. Per questo dobbiamo prima predisporre la casserratura che è realizzata in legno per il getto di calcestruzzo. Una volta completata la casserratura o stampo, inizieremo a gettare il calcestruzzo. Tuttavia, il problema principale qui è che quando il cemento reagisce con l'acqua produce calore. Considerando la scala del progetto, gettare tutto il calcestruzzo in una sola volta creerà un enorme accumulo di calore che provocherà dilatazione del materiale e fessure termiche nel calcestruzzo, decretando il fallimento del progetto. Ecco un'innovazione costruttiva per risolvere questo problema. Gli ingegneri divisero intelligentemente l'intera area della diga in un certo numero di blocchi, ciascuno di circa 50 x 50 piedi, e gettarono il calcestruzzo nella cassa serratura di ciascun blocco, uno dopo l'altro. Queste piccole quantità di calcestruzzo impiegavano molto meno tempo a raffreddarsi. Inoltre annegarono in questi blocchi tubi d'acciaio del diametro di 2 pollici. I tubi trasportavano acqua fredda che controllava la temperatura nel calcestruzzo e ne consentiva una presa rapida e agevole. Una volta che il calcestruzzo si era indurito, gli operai riempivano questi tubi d'acciaio con una boiacca cementizia. Questa tecnica si dimostrò così efficace che la diga di Hoover fino a oggi. Ora esploriamo i dettagli della più grande applicazione della diga di Hoover, la produzione di elettricità.
Potreste aver osservato quattro enormi torri all'interno del bacino idrico della diga? Queste sono torri di presa. Diverse paratoie lungo l'altezza di queste torri regolano la portata dell'acqua. La torre di presa è poi collegata a queste condotte forzate lunghe 500 piedi che trasportano l'acqua alle turbine. Per generare energia il signor Savage progettò una centrale elettrica a forma di UA alla base della diga a valle. L'acqua proveniente dalle condotte forzate aziona 17 turbine verticali di tipo frensis che fanno ruotare una serie di generatori elettrici. Ognuno di questi generatori produce abbastanza elettricità da servire 100.000 persone. Successivamente quest'acqua viene rilasciata attraverso scarichi a valle per scopi di irrigazione. La diga di U irriga più di un milione di acri di terreno. È interessante notare che la diga crea anche uno dei più grandi laghi artificiali del mondo, il lago Mid. Questa enorme riserva d'acqua favorisce la ricarica della falda, aumentando così il livello dell'acqua nei pozzi vicini. La successiva applicazione evidente della diga di Hoover è il controllo delle piene. In caso di pieno o di forti piogge, la diga immagazzina l'acqua nel serbatoio e impedisce che il suo flusso minacci le vite e le strutture presenti nell'area valle. Ora consideriamo una piccola sfida progettuale. Cosa succederebbe se la diga trascimasse? potrebbe facilmente danneggiare le strutture costruite a valle.
Per risolvere questo potenziale problema costruirono passaggi chiamati sfioratori su entrambi i lati della diga a monte in modo che l'acqua potesse essere scaricata a valle. Questi sfioratori si trovano 27 piedi sotto la sommità della diga. Se l'acqua raggiunge quel livello inizia a fluire negli sfioratori. Sapevate che si può effettivamente camminare all'interno del corpo della diga di Hoover? Diverse gallerie sono nascoste all'interno del corpo della diga. dovettero costruire queste gallerie a causa di un semplice fenomeno che tutti conosciamo, la filtrazione dell'acqua. Un liquido sotto pressione cerca sempre di fuoriuscire attraverso un materiale poroso. Qui le molecole d'acqua scorrono attraverso il terreno sotto il corpo della diga a causa dell'effetto di filtrazione. Il problema è che questo flusso genera un'elevata pressione di sollevamento sulla base della diga, riducendo drasticamente la stabilità. Ecco perché il signor Savage progettò una galleria, un tunnel che raccoglie tutta l'acqua di filtrazione proveniente dal corpo e dalla base della diga. Questa azione riduce considerevolmente la pressione di sollevamento.
L'acqua raccolta viene poi scaricata in sicurezza. Le gallerie forniscono anche passaggi per le ispezioni di perdite o fessure. Piani ingegneristici così dettagliati uniti a una visione orientata al futuro, sono il motivo per cui la diga di Hoover è ancora così solida e continua a servire la nazione. Speriamo che vi sia piaciuto scoprire tutto su questa impresa ingegneristica.
Per farlo costruirono dighe provvisorie e gallerie di deviazione. Ora è il momento del getto di calcestruzzo. Per questo dobbiamo prima predisporre la casserratura che è realizzata in legno per il getto di calcestruzzo. Una volta completata la casserratura o stampo, inizieremo a gettare il calcestruzzo. Tuttavia, il problema principale qui è che quando il cemento reagisce con l'acqua produce calore. Considerando la scala del progetto, gettare tutto il calcestruzzo in una sola volta creerà un enorme accumulo di calore che provocherà dilatazione del materiale e fessure termiche nel calcestruzzo, decretando il fallimento del progetto. Ecco un'innovazione costruttiva per risolvere questo problema. Gli ingegneri divisero intelligentemente l'intera area della diga in un certo numero di blocchi, ciascuno di circa 50 x 50 piedi, e gettarono il calcestruzzo nella cassa serratura di ciascun blocco, uno dopo l'altro. Queste piccole quantità di calcestruzzo impiegavano molto meno tempo a raffreddarsi. Inoltre annegarono in questi blocchi tubi d'acciaio del diametro di 2 pollici. I tubi trasportavano acqua fredda che controllava la temperatura nel calcestruzzo e ne consentiva una presa rapida e agevole. Una volta che il calcestruzzo si era indurito, gli operai riempivano questi tubi d'acciaio con una boiacca cementizia. Questa tecnica si dimostrò così efficace che la diga di Hoover fino a oggi. Ora esploriamo i dettagli della più grande applicazione della diga di Hoover, la produzione di elettricità.
Potreste aver osservato quattro enormi torri all'interno del bacino idrico della diga? Queste sono torri di presa. Diverse paratoie lungo l'altezza di queste torri regolano la portata dell'acqua. La torre di presa è poi collegata a queste condotte forzate lunghe 500 piedi che trasportano l'acqua alle turbine. Per generare energia il signor Savage progettò una centrale elettrica a forma di UA alla base della diga a valle. L'acqua proveniente dalle condotte forzate aziona 17 turbine verticali di tipo frensis che fanno ruotare una serie di generatori elettrici. Ognuno di questi generatori produce abbastanza elettricità da servire 100.000 persone. Successivamente quest'acqua viene rilasciata attraverso scarichi a valle per scopi di irrigazione. La diga di U irriga più di un milione di acri di terreno. È interessante notare che la diga crea anche uno dei più grandi laghi artificiali del mondo, il lago Mid. Questa enorme riserva d'acqua favorisce la ricarica della falda, aumentando così il livello dell'acqua nei pozzi vicini. La successiva applicazione evidente della diga di Hoover è il controllo delle piene. In caso di pieno o di forti piogge, la diga immagazzina l'acqua nel serbatoio e impedisce che il suo flusso minacci le vite e le strutture presenti nell'area valle. Ora consideriamo una piccola sfida progettuale. Cosa succederebbe se la diga trascimasse? potrebbe facilmente danneggiare le strutture costruite a valle.
Per risolvere questo potenziale problema costruirono passaggi chiamati sfioratori su entrambi i lati della diga a monte in modo che l'acqua potesse essere scaricata a valle. Questi sfioratori si trovano 27 piedi sotto la sommità della diga. Se l'acqua raggiunge quel livello inizia a fluire negli sfioratori. Sapevate che si può effettivamente camminare all'interno del corpo della diga di Hoover? Diverse gallerie sono nascoste all'interno del corpo della diga. dovettero costruire queste gallerie a causa di un semplice fenomeno che tutti conosciamo, la filtrazione dell'acqua. Un liquido sotto pressione cerca sempre di fuoriuscire attraverso un materiale poroso. Qui le molecole d'acqua scorrono attraverso il terreno sotto il corpo della diga a causa dell'effetto di filtrazione. Il problema è che questo flusso genera un'elevata pressione di sollevamento sulla base della diga, riducendo drasticamente la stabilità. Ecco perché il signor Savage progettò una galleria, un tunnel che raccoglie tutta l'acqua di filtrazione proveniente dal corpo e dalla base della diga. Questa azione riduce considerevolmente la pressione di sollevamento.
L'acqua raccolta viene poi scaricata in sicurezza. Le gallerie forniscono anche passaggi per le ispezioni di perdite o fessure. Piani ingegneristici così dettagliati uniti a una visione orientata al futuro, sono il motivo per cui la diga di Hoover è ancora così solida e continua a servire la nazione. Speriamo che vi sia piaciuto scoprire tutto su questa impresa ingegneristica.