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Meriviglie dell’ingegneria: I Segreti della Diga di Hoover Svelati

Le gallerie situate all'interno della diga di Hoover sono davvero incredibili. Sono responsabili del drenaggio dell'acqua da sotto il corpo della diga. Tuttavia, se queste gallerie dall'aspetto semplice fossero assenti, ci sarebbero conseguenze devastanti per la diga. Per comprendere meglio i segreti dell’ingegneria dietro la diga di Hoover, scopriamo prima come è stato posato il calcestruzzo in questa diga. Hai notato la scelta strana fatta dall’ingegnere progettista della diga di Hoover, il signor John Savage, alla fine di questo stiloso getto di calcestruzzo blocco per blocco? Ha lasciato un’apertura larga 1,8 metri al centro della diga. Perché esattamente ha lasciato questa apertura?

Se non avessero lasciato questa apertura e avessero costruito come mostrato, nel corpo della diga si sarebbero formate crepe entro solo 1-2 settimane dal getto del calcestruzzo. Questo perché il calcestruzzo si contrae o tende a ridurre la sua lunghezza durante l’indurimento. Tuttavia, la riduzione della lunghezza non è possibile poiché le estremità dei blocchi di calcestruzzo sono bloccate dalla roccia della montagna. Questo induce una forte tensione nel calcestruzzo, causando crepe nel corpo della diga.

Quando si lascia un’apertura al centro, il calcestruzzo è libero di contrarsi durante l’indurimento.
In questo modo, non si genera tensione nel calcestruzzo.
Una volta che il calcestruzzo si è indurito, gli ingegneri hanno riempito questa apertura con calcestruzzo di qualità speciale, un’idea geniale Aspetta un attimo! Questo sito dove sta avvenendo la costruzione era originariamente occupato dal violento fiume Colorado. Quando il fiume scorre in questo modo, è chiaramente impossibile intraprendere qualsiasi attività di costruzione in modo sicuro o efficace. Allora, come hanno fatto gli ingegneri americani a domare il fiume Colorado e ad asciugare il terreno per poter costruire la diga?

La loro unica opzione era deviare il fiume. Se devii il fiume in questo modo, puoi iniziare la costruzione nell’area asciutta. Il fiume scorrerà indisturbato dopo la deviazione. Sebbene sia un’ottima idea, deviare un fiume così violento e massiccio comporta molte sfide.

Una soluzione pratica per deviare il fiume è costruire quattro enormi tunnel attorno al sito di costruzione. Dopo la costruzione dei tunnel di deviazione, puoi costruire dighe temporanee chiamate dighe di contenimento. Ora l'acqua può fluire solo attraverso i tunnel. Poiché i tunnel sono enormi, non interferiranno in alcun modo con il flusso originale del fiume.

Guarda questa strana macchina chiamata jumbo drill. Gli ingegneri americani hanno inventato questa macchina proprio per eseguire i lavori di costruzione dei tunnel di deviazione. A quei tempi le macchine perforatrici per gallerie non erano popolari. L’unica opzione disponibile per gli ingegneri era l’esplosione controllata con la dinamite. Il jumbo drill poteva alloggiare quasi 30 trapani contemporaneamente. Creavano fori nelle rocce per la polvere di dinamite. Questi trapani erano azionati ad aria compressa.
Abbastanza interessante, vero?
Dopo aver caricato la dinamite, il jumbo drill e gli operai venivano allontanati a distanza di sicurezza. Il passo successivo era l’esplosione controllata elettricamente della dinamite. Ora è il turno delle pale di entrare nel sito costruttivo. Gli operai hanno accuratamente rimosso i detriti.
Piuttosto che buttare via le pietre rotte, vedremo tra poco cosa ne hanno fatto. Gli operai non potevano riprendere il lavoro subito dopo l’operazione di pulizia a causa di queste pericolose rocce sospese. Successivamente, dovevano cementare il tunnel per mettere in sicurezza la roccia. La cementazione della parte inferiore era relativamente semplice. Tuttavia, questo metodo non funzionava per la parte restante del tunnel. Gli operai prima posizionavano le barre d’armatura come mostrato. Hanno legato le barre d’armatura con la roccia spruzzandoci sopra il calcestruzzo. Ora arriva una macchina interessante: una cassaforma espandibile. Questa macchina alimentata idraulicamente era in grado di espandersi dopo essere entrata nel tunnel.
In questo modo si è riusciti a cementare i lati. La cementazione della parte superiore rimanente è stata eseguita con pistole pneumatiche per calcestruzzo. Una volta completata la cementazione, la cassaforma è stata rimossa.

Ora il jumbo drill deve entrare più in profondità. Questo ciclo è stato ripetuto più volte e, dopo 18 mesi di durissimo lavoro, tutti e 4 i tunnel di deviazione erano pronti. Hanno aperto i tunnel di deviazione rimuovendo il terreno davanti a essi. Un piccolo flusso d'acqua del fiume poteva entrare nel tunnel. Ecco una domanda stimolante: cosa pensi accadrebbe se i camion iniziassero a scaricare rocce e terra a monte di questi tunnel? Il livello dell'acqua ovviamente salirebbe. I camion stanno aumentando l’altezza di questa montagna di rocce. Poiché ora è più alta del punto superiore del tunnel, l'acqua del fiume deve essere completamente deviata. Evviva! Abbiamo ottenuto con successo una perfetta deviazione del fiume e asciugato il sito di costruzione. La montagna di rocce che abbiamo appena costruito è conosciuta come diga di contenimento. Le stesse pietre rotte che hanno rimosso durante la costruzione dei tunnel sono state usate per costruire la diga di contenimento. L'acqua deviata nel tunnel riprende il suo letto originale dopo circa 900 metri. All'altra estremità viene costruita un'altra diga di contenimento per prevenire qualsiasi possibilità che l'acqua entri nel sito di costruzione.

Dovremmo intraprendere un'enorme operazione di cementazione su questo terreno asciutto per costruire una diga? Puoi costruirla, ma quando la diga si riempirà d'acqua, semplicemente si ribalterà a causa della forte pressione idrostatica.
Affinché la diga rimanga stabile, ha bisogno di un forte supporto da tutti e tre i lati.

Ecco come hanno introdotto un forte supporto per le estremità della diga. Per prima cosa, rimuovi tutte le rocce alterate e deboli. Ora taglia entrambe le montagne per adattarle esattamente alla forma e dimensione del corpo della diga. Per realizzare questo, gli operai hanno di nuovo usato esplosioni con dinamite e martelli pneumatici.

Per la parte inferiore della diga, gli operai hanno anche rimosso tutta la roccia debole e hanno raggiunto una sezione solida chiamata strato duro. Per raggiungere lo strato duro, hanno dovuto scavare fino a ben 43 metri di profondità. Ora il sito è pronto per l’enorme operazione di cementazione e l’attività principale di costruzione della diga di Hoover! Hanno effettuato la cementazione blocco per blocco. Il vantaggio di questo metodo di cementazione è chiaro: il calore generato può essere dissipato facilmente. Inoltre, hanno lasciato spazio per tubi di raffreddamento dell’acqua all’interno di questi blocchi. Una volta che i blocchi si sono solidificati, li hanno riempiti con una miscela di calcestruzzo fluido. L’asimmetria nella disposizione dei blocchi garantiva che si formasse una connessione solida tra loro. Una volta completata la cementazione, la sezione superiore era sufficientemente larga da ospitare una strada.

Dai un’occhiata al meccanismo di scarico che gli ingegneri della diga di Hoover hanno inventato per fare una cementazione rapida. Inizialmente tenevano il secchio del calcestruzzo a terra. Ora, un operaio rimuove il blocco di sicurezza. A questo punto, se sollevi il secchio, il fondo incernierato a metà si aprirà automaticamente scaricando il calcestruzzo.

Chiudiamo il tunnel di deviazione e rimuoviamo le dighe di contenimento. Questa è una vista magnifica. Il livello dell’acqua nella diga sta aumentando gradualmente. Tuttavia, il nostro attuale progetto della diga potrebbe fallire di fronte a questa massa d'acqua. Facciamo un esperimento per capire il motivo.

Questa diga è ben salda nel terreno. E ora introduciamo l'acqua e vediamo cosa succede? È acqua fangosa, comunque quando rilascio la mia mano la diga semplicemente si solleva. Questo perché l'acqua infiltrata che scorre sotto la diga esercita una forza verso l'alto, nota come forza di sollevamento, e la forza di sollevamento causa una grande instabilità alla diga.
Ecco perché hanno previsto delle gallerie di drenaggio o di ispezione durante la cementazione della diga. Come possono ridurre la forza di sollevamento? È compito di questi fori di drenaggio. Questi fori riempiti di malta aspirano l'acqua d'infiltrazione dalle fondamenta della diga e alleviano notevolmente la pressione di sollevamento. L'acqua raccolta viene poi pompata verso valle. Queste gallerie sono anche usate per l'ispezione. È sorprendente sapere come tecnologie così semplici forniscano grande stabilità alla diga.

Ora siamo giunti alla parte più cruciale di questo video: spiegare come viene generata l’energia elettrica dalla diga di Hoover. Questi operai stanno costruendo l'impianto di generazione dell’energia della diga in questa struttura a forma di U.

Gigantesche turbine Francis e generatori saranno collocati in questa posizione. La capacità di produzione di energia della diga di Hoover è enorme. Ci sono 17 turbine e generatori disposti in questa struttura di produzione a forma di U. La diga di Hoover utilizza un tipo di turbina chiamata turbina Francis. L'acqua inizialmente viaggia attraverso questa cassa a spirale, e infine attraverso le pale del rotore. La forza dell'acqua fa girare il rotore.

Il rotore è collegato direttamente al generatore. Se osservi il generatore, vedrai che sia il rotore che lo statore sono solo bobine di rame. Non vengono utilizzati magneti permanenti qui. Tuttavia, il rotore ha bisogno di una fornitura di elettricità per generare campi magnetici. Questa corrente è fornita da un eccitatore, che utilizza uno statore a magneti permanenti. Ora è tempo di trasmettere questa energia elettrica, ma prima, nota la dimensione di questa cassa a spirale. Come possono essere installate turbine e generatori così grandi all’interno di questo impianto di produzione di energia?

Se hai mai visitato la magnifica diga di Hoover, potresti aver notato una strana torre e un sistema di carrucole con cavi. Questa bellissima macchina – una teleferica – ha compiuto l’impossibile compito di installare turbine e generatori.

Puoi vedere che tutte queste ruote principali sono collegate tramite un carrello. Queste piccole ruote di supporto e i cavi di sostegno impediscono loro di cadere. Questi due tamburi fanno muovere l’intero sistema a sinistra o a destra grazie al semplice tiro dei cavi. Le estremità di questi cavi sono collegate al carrello.
Questa animazione mostra come si muove a sinistra. Il movimento verso destra si ottiene nel modo opposto. Discutiamo ora del meccanismo di sollevamento. Un tamburo aggiuntivo è stato utilizzato a questo scopo. Puoi vedere l’ingegnoso passaggio del cavo attorno alle carrucole. Puoi anche prevedere cosa succede al paranco quando il tamburo ruota. I tre tamburi che abbiamo appena visto sono tenuti all'interno di una sala paranchi.

Ecco come gli operai trasportavano i materiali fino alla zona delle turbine, e questo meccanismo di sollevamento è ancora utilizzato oggi. Geniale, vero?
Dopo il trasporto, una grande gru a cavalletto è stata utilizzata per aiutare ad assemblare e installare generatori, rotori, statori e altri componenti pesanti.

L'ultima domanda che rimane è: come arriva l’acqua dal serbatoio alla turbina? È compito di queste torri di presa. Ecco una vista aerea. Ora dobbiamo collegare l’acqua raccolta alle torri di presa alle turbine a valle. Puoi dirmi una soluzione facile per questo?
Sì, i tunnel di deviazione non servono più una volta completata la diga. Collega semplicemente un piccolo pezzo di tubo dalla torre di presa ai tunnel interni di deviazione. L’acqua scorrerà a valle, da lì estendi alcuni rami di tunnel verso le turbine.
Tuttavia, per le altre due torri di presa, hanno dovuto costruire nuove condotte forzate. Seguiamo alcune molecole d'acqua partendo dalle torri di presa fino alla turbina per comprendere meglio la geometria delle condotte forzate.

A differenza dei tunnel di deviazione, le condotte forzate necessitavano di un rivestimento in acciaio. Altrimenti, col tempo, il tunnel si sarebbe eroso a causa della forza dell'acqua.

Per costruire il rivestimento in acciaio delle condotte forzate, è stato allestito un impianto di fabbricazione specializzato vicino al sito della diga. Le condotte forzate sono state realizzate con lastre di acciaio, arrotolate usando una pressa gigante.
Tre di queste lastre sono state saldate per formare grandi tubi. Usando la stessa teleferica, le sezioni delle condotte forzate e altri grandi componenti sono stati calati nei tunnel della diga. Rimorchi appositamente progettati in attesa nei tunnel di accesso li hanno trasportati all'interno, dove i pezzi sono stati infine collegati.
Sono stati usati perni di pressione per formare una connessione continua tra la torre di presa, le turbine e le valvole di scarico.

Abbiamo visto l’uso e la costruzione delle condotte forzate nella diga di Hoover. Tuttavia, perché questi operai stanno lavorando su un altro tunnel vicino alla diga? Questo è noto come sfioratore.
Supponiamo che non ci sia uno sfioratore per la diga di Hoover. Se l’acqua immagazzinata supera l’altezza della diga, traboccherà. Questa è ovviamente una situazione pericolosa. Una tale fuoriuscita d’acqua può distruggere completamente le strutture a valle.
Ecco perché vengono utilizzati gli sfioratori. I tunnel degli sfioratori si trovano 8 metri sotto la cima della diga. Gli sfioratori della diga di Hoover hanno un interessante meccanismo rotante. Se le autorità della diga ritengono che l’aumento del livello dell’acqua possa diminuire presto, ruoteranno questa struttura. Questo permette alla diga di trattenere ancora più acqua. Se il livello dell’acqua aumenta ulteriormente, l’acqua traboccherà sopra la struttura e, tramite gli sfioratori, sarà scaricata a valle.

Osserviamo ancora una volta la diga dalla vista dall’alto. Riesci a identificare un modo semplice per costruire lo sfioratore? Sì, basta usare la parte a valle del grande tunnel di deviazione. Gli ingegneri le avevano pensate proprio tutte, vero?

Dopo cinque anni di pianificazione faticosa e attività di costruzione, la diga era finalmente pronta per immagazzinare l'acqua. La rimozione della diga di contenimento è stata un’operazione delicata. Per prima cosa hanno fatto delle aperture controllate nella diga di contenimento, permettendo al fiume di erodere per poter rimuovere la struttura temporanea.
In alcune sezioni specifiche dove l’erosione dell’acqua non era abbastanza efficace, è stata usata una piccola esplosione con dinamite per rompere il materiale della diga di contenimento. Infine, nell’agosto 1935, le dighe di contenimento furono rimosse, e l’acqua iniziò a salire dentro diga di Hoover.

Il violento fiume Colorado è stato finalmente domato dalla grande diga di Hoover! Un mese dopo, quando si tenne la cerimonia di inaugurazione, il pubblico rimase incantato dalla vista mozzafiato dell’enorme serbatoio. Le capacità di produzione di energia della diga di Hoover non erano ancora in funzione al momento della cerimonia. Hanno installato il primo generatore circa un anno dopo, nell’ottobre 1936. Tuttavia, è stato solo nel 1961 che è stato raggiunto tutto il potenziale produttivo della diga di Hoover.

La diga produce una notevole potenza di 2080 MW (Mega watt), ma oggi le centrali solari sono in grado di generare la stessa quantità di energia, 2000 MW.