Itinerario 6: Il disastro della Diga di St.Francis in California (1928)

"They are forgotten and they shouldn’t be. They should be remembered. They were all innocent people. They had no chance" (Anonimo)

La diga di St. Francis è stata realizzata tra il 1924 ed il 1926 nelle vicinanze della cittadina di Santa Clarita posta ad una sessantina di chilometri a nord-est di Los Angeles (California, US).

Lo sbarramento era posizionato all’interno del San Francisquito Canyon (affluente del torrente Santa Clarita) ed era stato progettato dall’ing. William Mulholland del “Dipartimento Energia ed Acqua” della città di Los Angeles. Questo ingegnere (1855-1935) di origine irlandese stava da molti anni disegnando e realizzando un importante acquedotto al servizio della città californiana che aveva il grande problema dell’approvvigionamento idrico. Quest’ultimo sarebbe stato garantito da una serie di serbatoi dislocati nella regione circostante e costruiti tra il 1920 ed il 1926. Uno dei principali, ancora oggi in funzione, era stato realizzato (1923-1924) alle spalle della collina di Hollywood con la costruzione della diga di Weid Canyon da sempre conosciuta come Diga di Mulholland.

Posizione della diga diSt. Francis(immagine tratta da Google Earth)

Le opere di Mulholland avevano avuto in un notevole impatto ambientale: basti pensare che l'acquedotto prosciugò completamente il grande Lago Owens (200 km a nord di Los Angeles). L'acquisizione dei diritti all'acqua era stata compiuta con imbrogli e corruzione (la storia è raccontata nel film del 1974 Chinatown di Roman Polański). Ciò diede luogo a una serie di aspre contese con gli agricoltori della valle di Owens, che opposero una resistenza riottosa (le cosiddette California Water Wars), ricorrendo addirittura ad attentati dinamitardi contro l'acquedotto. La città di Los Angeles fu obbligata a trattare, e si dice che Mulholland abbia dichiarato che gli "dispiaceva quasi di aver fatto abbattere così tanti frutteti nella valle, perché adesso non ci sono più abbastanza alberi per impiccare tutti i rompiscatole che abitano lì" (fonte Wikipedia). Con la realizzazione della diga di St. Francis l’ingegnere voleva che il suo acquedotto raggiungesse complessivamente una quantità d’acqua stoccata necessaria al il fabbisogno di un intero anno sia per usi potabili che agricoli ed elettrici.
Il progetto prevedeva originariamente un’altezza della diga di circa 56 metri e lunghezza pari a 200 metri generando un lago avente una capacità di 37 milioni di metri cubi (due volte l’invaso di Molare). Lo sbarramento era di tipo a gravità ad arco, con larghezza al piede di circa 50 metri e 5 metri al coronamento.

Realizzazione della diga (J. David Rogers)

A pochi mesi dall’inizio dei lavori di costruzione della diga, Mulholland proponeva alcune varianti progettuali finalizzate all’incremento dell’altezza dello sbarramento e quindi della capacità dell’invaso. Queste modifiche non avrebbero però comportato un incremento della larghezza della base della diga. L’ingegnere sosteneva infatti che nonostante le varianti presentate il fattore di scurezza della struttura fosse più che soddisfacente. Nel 1926, anno di completamento dell’opera, la diga aveva un’altezza complessiva di 62 m ed un lago di capacità pari a circa 47 milioni metri cubi alimentato in massima parte dalle acque derivate dall’impianto acquedottistico e più subordinatamente da quelle del piccolo bacino naturale del torrente. Gli scarichi della diga erano concentrati sulla parte sommitale del coronamento e di fatto erano semplici sfioratori.

Appena riempito l’invaso sul paramento della diga e sulle sue spalle comparivano delle fratture che erano state immediatamente analizzate dallo stesso ing. Mulholland. Le fratture erano presenti nei due lati opposti del paramento ed per quelle di valle si provvedeva a sigillarle con canapa, legno e malta cementizia. Tuttavia il 7 marzo 1928, quando l’invaso era stato riempito totalmente, comparivano importanti perdite d’acqua che filtravano dalle fratture precedentemente sigillate, dalle spalle della diga e anche dal settore basale. Ciò nonostante, ancora una volta, tale condizione non preoccupava il progettista che scriveva in una sua relazione che tale comportamento era tipico delle strutture in calcestruzzo di quelle dimensioni.

Dettaglio del coronamento (J. David Rogers)

Il 12 marzo 1928 era una giornata molto ventosa e le onde formate sulla superfice del lago sovrastavano il coronamento della diga. Il guardiano contattava in mattinata l’ing. Mulholland avvertendolo che era comparsa una nuova perdita questa volta con “acqua sporca” nella parte basale della diga. Ciò poteva indicare un’azione erosiva delle acqua di infiltrazione sui terreni di fondazione. Anche in questo caso l’ing. Mulholland ed i suoi assistenti non prendevano alcuna decisione e non avvertivano le autorità e la popolazione. Pochi minuti prima di mezzanotte dello stesso giorno, la diga collassava e l’intera massa d’acqua costituente il lago si riversava nella vallata sottostante percorrendo in circa cinque ore e mezza i circa 90 km che la separavano dallo sbocco nell’Oceano Pacifico presso l’abitato di Oxnard. L’evento avrebbe causato la morte di circa 450 persone (alcune stime parlano di 600), la distruzione di oltre 900 abitazioni, il danneggiamento di 1.200 costruzioni e il crollo di ben 10 ponti. Un grande black-out interessò svariate città della regione. Grandi sezioni di calcestruzzo, del peso di migliaia di tonnellate, erano state scagliate dalla furia delle acque a oltre 500 m di distanza dalla diga.

La Croce Rossa Americana si attivava immediatamente per dare supporto ai sinistrati e per il recupero della salme molte della quali mai recuperate. Sarebbero stati spesi quasi 250.000 dollari di allora e successivamente la città di Los Angeles avrebbe dovuto stanziare circa un milione di dollari a favore dei danneggiati. Successivamente altri 14 milioni di dollari sarebbero stati sborsati per i danni causati dalla diga. Per 90 giorni, migliaia di volontari lavorarono giorno e notte per bonificare lo zone disastrate. Seconda la rivista “Engineering News-Record”, l’evento accaduto a San Francisquito Canyon rappresentava “la prima volta nella storia che crollava una diga alta di massiccia muratura”.

Panoramica della diga e dell'invaso (archivio Los Angeles Department of Water and Power)

Le cause del disastro mostrano sconcertanti analogia con quanto accaduto in Italia nel 1923 (Gleno), nel 1935 (Molare), nel 1963 (Vajont) e in Francia nel 1959 (Malpasset). Le varianti progettuali volte ad aumentare la capacità d’invaso con l’incremento dell’altezza del paramento senza però prevedere modifiche delle dimensioni della base, avevano aggravato le condizioni statiche della struttura a gravità. Recenti studi hanno dimostrato che la curvatura della diga in realtà non trovava rispondenza con la staticità complessiva dell’opera, e che anzi era un fattore che avrebbe giocato un importante ruolo nel disastro creando forti stress alle rocce su cui erano appoggiate le spalle della diga. La struttura in calcestruzzo, avente volume di circa 100.000 metri cubi non era dotata di alcun rinforzo in acciaio nè di giunti di contrazione, i quali avrebbero consentito alla struttura di “fratturarsi in modo controllato” (ovvero con crepe non geometricamente continue come invece accaduto) durante la raffreddamento e la maturazione del calcestruzzo. La diga non era inoltre dotata di alcun foro o galleria di drenaggio né di ispezione e non era stata eseguita alcuna impermeabilizzazione del paramento e delle strutture a diretto contatto con l’acqua e con le rocce.

Vista da valle delle rovine della diga (J. David Rogers)

La causa predisponente del disastro del 1928 si rivela tuttavia ancora una volta la geologia del settore direttamente interessato dalla grande opera. Al pari di quanto accaduto per la diga secondaria di Sella Zerbino e per la diga di Malpasset, lo sbarramento di St. Francis era stato realizzato sopra formazioni rocciose non adatte sia dal punto di vista della resistenza meccanica che dal punto di vista della permeabilità. Come nei due casi sopra citati formazioni rocciose differenti erano messe a contatto fra loro da una faglia (una frattura di origine geologica) entro la quale le acque del lago inesorabilmente di infiltravano rendendo tutto l’ammasso roccioso assai precario. Ma non solo. La spalla sinistra (est) della diga era realizzata a contatto con un versante della valle interessata da un’antica frana (paleofrana). Le rocce scistose presenti erano strutturate in modo tale che le bancate potessero scivolare lungo il crinale. La vecchia frana sarebbe precipitata nel lago durante l’evento del 12 marzo. Non sarà mai appurato se tale crollo sia avvenuto prima o a seguito del collasso della diga. Alcuni recenti studi propendono per la prima ipotesi e che quindi la frana abbia contribuito al disastro. un migliaio i disoccupati.

Sezione geologica dei terreni (da Melissa Schlothan)

Tuttavia la dinamica della rottura della diga di St. Francis è nota da moltissima anni, tant’è vero che già nel 1938, durante il dibattimento in sede penale riguardante il disastro di Molare, veniva accennato il fatto. La diga infatti era stata edificata in corrispondenza di due differenti formazioni rocciose: nella parte sinistra (est) e centrale su rocce scistose intensamente foliate già sopra accennate, mentre la parte destra (ovest) su materiali conglomeratici in matrice argillosa (una roccia sedimentaria assimilabile ad una ghiaia tenuta assieme da argilla) e con presenza di gessi. Quest’ultimi materiali erano ovviamente assai vulnerabili rispetto all’azione dell’acqua, per non parlare della faglia che separava le due formazioni rocciose. Inoltre anche tutto il corpo della diga, con i suoi 100.000 metri cubi di calcestruzzo entro i quali inesorabilmente le acque si infiltravano, si comportava come una enorme spugna che tratteneva ingenti quantità d’acqua scaricandone una minima parte sotto forma di perdite. Senza entrare nei dettagli tecnici, i quali si possono approfondire consultando la biografia riportata in questa pagina, è possibile immaginare cosa sia accaduto. Le infiltrazioni che avvenivano nei terreni di fondazione creavano delle “sottopressioni” sulla base della diga a cui andavano “a sommarsi” (in senso lato) quelle generate dalle infiltrazioni nel calcestruzzo della diga. Nei calcoli di stabilità eseguiti dal progettista si era ritenuto impossibile che il calcestruzzo potesse saturarsi al pari di una sabbia o di una ghiaia. Nel 1945 il grande ingegnere geotecnico Karl Terzaghi dimostrò l’esatto contrario.

Schemi che illustrano le forze in gioco sulla diga (da J. David Rogers)

La diga di St. Francis, come ogni diga a gravità, si opponeva alla spinta del lago con il proprio gigantesco peso. Purtroppo le elevate “sottostressioni” che agivano alla base, tra roccia e fondazione e che spingevano verso l’alto, decurtavano una significativa frazione della forza peso del manufatto. In sostanza tali forze tendevano a far galleggiare tutta la struttura. In tale situazione, con il livello del lago a massimo invaso, il peso della diga non era più sufficiente a contrastare la spinta del lago e cedette ribaltandosi. In uno studio del Dott. J. David Rogers, si è dimostrato che il fattore di sicurezza della diga risultava pari a 1 (ovvero in esatto equilibrio senza alcun margine di sicurezza) sino a che il livello del lago era inferiore a circa 2 m dal coronamento. Oltrepassata tale soglia il sistema era totalmente sbilanciato a sfavore di sicurezza. La già accennata ipotesi della frana antecedente al crollo prevede inoltre che una grande quantità di materiale detritico si fosse riversato nell’acqua rendendola molto torbida ed aumentandone il peso specifico fino a 5 volte rispetto all’acqua pulita. In queste condizioni la spinta del lago sarebbe stata ancora maggiore (poiché l’acqua era più densa e pensante) vincendo la già scarsa resistenza della diga.

La copertina di una biografia dell'Ing.Mulholland (ed. Univ of California Pr, 2002)

L’ng.William Mulholland avrebbe ammesso la sua piena responsabilità per il disastro dichiarando in sede penale di non potersi spiegare il suo fallimento. Secondo la rivista Engineering News-Record, “lui aveva basato la sua opinione in merito alla sicurezza della diga sulle precedenti esperienze nella costruzione di diciannove dighe” e che era un atto di mera arroganza quello di pensare che “i successi del passato sono sufficienti per garantire il successo del prossimo progetto.” Per la prima volta era evidente che il contesto geologico doveva essere un fattore di primaria importanza per la corretta progettazione di una grande opera e che non potesse essere estrapolato da altri progetti eseguiti in altre aree. In ultimo, ma non meno importante, il disastro di St. Francis metteva il luce che la progettazione ed esecuzione di una grande opera non potesse essere affidata alla supervisione di un unico individuo (l’ingegnere capo) ma che esso dovesse affidarsi a consulenti specializzati e che il suo operato essere visionato e monitorato da uffici controllori. Come avvenuto per il disastro del Gleno, anche in questo caso un evento tragico come il crollo di una diga avrebbe fatto scuola sia dal punto d vista tecnico, sia dal punto di vista normativo.

Oggigiorno, le rovine della diga di St.Francis sono difficilmente identificabili fatto salvo in corrispondenza dei versanti sui quali erano appoggiate le spalle dello sbarramento. Infatti i monconi furono a suo tempo demoliti poiché molto pericolosi. Similmente a quanto visibile a valle della diga di Malpasset (Francia), anche il caratteristico San Francisquito Canyon è disseminato di giganteschi blocchi di calcestruzzo che un tempo costituivano il paramento della diga. La valle è percorsa dall’omonima strada e ad alcune centinaia di metri da dove un tempo sorgeva la diga, è presente una caserma dei pompieri ed una centrale elettrica alimentata da uno dei numerosi invasi nella zona. Proprio in corrispondenza di tale agglomerato è posto un piccolo memoriale con una lapide che ricorda il disastro e che sorregge un blocco di calcestruzzo della diga. Sono presenti vari pannelli con foto d’epoca e cartografia.

Fotografia aerea della diga di St. Francis. Sulla sua sinistra (destra dell'immagine) è visibile la frana (archivio Los Angeles Department of Water and Power)

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