2° Convegno Accademia Nazionale dei Lincei
Problemi Strutturali nell’ingegneria delle dighe
Palazzo Corsini – Roma
Il contributo del Comitato ICOLD
“Dams & Computation”
nell’analisi numerica delle dighe
Guido Mazzà
Vice-Chairman del Comitato Tecnico ICOLD “Dams & Computation”
12-13/04/2007
CESI RICERCA, Milano
Indice della presentazione
1. Introduzione
2. Aspetti chiave del processo di modellazione
numerica
3. Ideazione e organizzazione dei BenchmarkWorkshop
4. Descrizione dei Benchmark-Workshop
5. Esempi di temi discussi nei BenchmarkWorkshop
Conclusioni
1. Introduzione
Modelli matematici e ingegneria delle dighe:
un rapporto difficile
Ridotto il gap tra gli specialisti della
modellazione matematica e i progettisti,
pianificatori e gestori delle dighe grazie al
sempre maggiore sviluppo del potenziale dei
modelli numerici e diffusione dei calcolatori,
all’organizzazione di workshops e conferenze in
cui entrambe le culture sono coinvolte.
1. Introduzione
Ruolo dell’ICOLD (International Commission
on Large Dams):
il contributo del Comitato Tecnico sugli Aspetti
Computazionali per l’Analisi e il Progetto delle
Dighe (‘Dams & Computations’).
• Istituito come Comitato ad hoc nel 1988,
• Riconfermato per il periodo 1993-1999 e 2000-2005
• Trasformato in Comitato permanete durante
l’ICOLD Annual Meeting del 2005
1. Introduzione
Attività svolte dal Comitato
• Preparazione di due Bollettini (Bollettino N. 94
‘Computer Software for Dams. Validation’ emesso
nel 1994 e N. 122 ‘Computational Procedures for
Dam Engineering’ emesso nel 2001)
• Organizzazione di Benchmark-Workshop per
l’analisi di problemi dell’ingegneria delle dighe.
Scopo: definire soluzioni di riferimento, comparare
differenti strategie di modellazione
1. Introduzione
Finalità della presente memoria: fornire un
contributo sul potenziale e sui limiti dei
modelli matematici applicati all’ingegneria
delle dighe facendo riferimento alla vasta
esperienza raccolta nell’ambito della più che
decennale attività del Comitato.
2. Aspetti chiave del processo di modellazione
numerica
La modellazione numerica nel processo ingegneristico
globale relativo alle varie fasi di vita delle opere (dal
concepimento alla dismissione).
Suddivisione concettuale del processo di modellazione:
• la giustificazione della procedura di modellazione
• la validazione dei metodi/programmi di calcolo
• la Garanzia di Qualità
(si rimanda al Bollettino N. 94 per i relativi approfondimenti)
3. Ideazione e organizzazione dei BenchmarkWorkshop
Prima fase dell’attività del Comitato: benchmark a
supporto della ‘Validazione dei programmi di calcolo’.
Problemi di interesse dell’ingegnere delle dighe
formulati e risolti fornendo: geometria, condizioni
iniziali e al contorno, parametri fisico-meccanici,
carichi.
Differenze nei risultati discusse e confrontate, se
possibile, con dati sperimentali per valutare la
correttezza del programma di calcolo e per definire una
‘Soluzione di Riferimento’ per il problema in esame.
3. Ideazione e organizzazione dei BenchmarkWorkshop
Seconda fase dell’attività del Comitato:
benchmark a supporto della ‘Giustificazione’.
Diminuita necessità di sviluppare soluzioni di
riferimento per la maggiore disponibilità di
programmi di calcolo ‘general purpose’.
Urgenza di approfondire l’uso corretto dei programmi
di calcolo impiegati per la soluzione di problemi
dell’ingegneria delle dighe.
3. Ideazione e organizzazione dei BenchmarkWorkshop
Bollettino N. 122
Ruolo ed efficacia dei modelli matematici adottati per
differenti tipologie di dighe, per i vari fenomeni che
influenzano la sicurezza, per le diverse fasi di vita delle
opere.
Indicazioni raccolte in sei Tabelle (tre per le dighe
murarie, tre per quelle in materiali sciolti)
accompagnate da note che spiegano le motivazioni.
TABELLA 1. Affidabilità dei modelli matematici per la valutazione della
sicurezza delle dighe di calcestruzzo: comportamento statico
Nota: Gli indici di affidabilità (1,2,3,4) descrivono la capacità dei modelli
numerici ad analizzare I fenomeni relativi alla sicurezza.
Tipologie di dighe: a = volta, b = speroni, g = gravità, o = altro
TABELLA 2. Affidabilità dei modelli matematici per la valutazione della
sicurezza delle dighe di calcestruzzo: comportamento dinamico
Nota: Gli indici di affidabilità (1,2,3,4) descrivono la capacità dei modelli
numerici ad analizzare I fenomeni relativi alla sicurezza.
Tipologie di dighe: a = volta, b = speroni, g = gravità, o = altro
4. Descrizione dei Benchmark-Workshops
Svolti 8 Benchmark-Workshop tra il 1991 e il
2005.
Problemi ingegneristici relativi a dighe murarie
e in materiali sciolti vengono presentati, risolti,
e i cui risultati sono confrontati e discussi.
Le informazioni relative agli eventi svolti finora
sono riportati nell’elenco che segue.
4. Descrizione dei Benchmark-Workshops
Bergamo (Italy), 1991
• The linear-elastic computation of a double curvature arch dam with its
foundation under self weight, hydrostatic load, thermal load.
• The seismic response of an embankment dam under conditions of both low and
medium levels of seismic loadings.
Bergamo (Italy), 1992
• Seismic analysis of the Talvacchia dam.
• Static analysis and dynamic response of El Infiernillo embankment dam.
Paris, Gennevilliers (France), 1994
• Non-linear analysis of joint behaviour under thermal and hydrostatic loads for
an arch dam.
• Evaluation of critical uniform temperature decrease for a cracked buttress dam
(2D analysis).
• Evaluation of pore pressure and settlements of an embankment dam under static
loadings.
• Dynamic analysis of an embankment dam under a strong earthquake
4. Descrizione dei Benchmark-Workshops
Madrid (Spain), 1996
• Earthquake response of an arch dam including the non-linear effects of
contraction joint opening
• Evaluation of stress intensity factor K1 along the tip of the crack in a buttress
dam under thermal gradient effects (3D analysis)
• Steady-state and transient 2D unconfined seepage analysis for different
typologies of earthfill dams
• Effect of large foundation settlement on an embankment dam
Denver, Colorado (USA), 1999
• Uplift pressure and stress analysis of an arch dam and foundation
• Imminent failure flood level evaluation for a gravity dam with interface crack
(rock/concrete) and varying uplift pressures
• Evaluation of the global factor of safety against failure of an embankment dam
• First filling of a rockfill dam: a case study
4. Descrizione dei Benchmark-Workshops
Salzburg (Austria), 2001
• Evaluation of AAR (alkali-aggregate reaction) effects on the structural
behaviour of an arch dam
• Prediction of upstream face deflection of a CFRD (concrete faced rockfill dam)
during its first impounding
• Interpretation of measurement results for the radial crest displacements of
Schlegeis dam
Bucharest (Romania), 2003
• Evaluation of ultimate strength of gravity dams with curved shape against
sliding
• Thermal analysis of RCC (rolled compacted concrete) gravity dam
• Seepage through an earthfill dam-foundation system and piezometric level
variation
Wuhan (China), 2005
• Evaluation of alkali-aggregate reaction effects on the behaviour of an Italian
hollow gravity dam
• Temperature field simulation and crack analysis of a RCC arch dam
• Evaluation of the behaviour and safety (static and dynamic) of a rockfill dam
5. Esempi di Benchmark-Workshops
Tipologia di temi discussi nell’ambito dei B-W:
alcuni esercizi proposti ai partecipanti
‘leitmotif’: le dighe murarie.
5. Esempi di Benchmark-Workshops
Diga di Talvacchia
(Benchmark-Workshops
Bergamo 1991 & 1992, Paris 1994)
Linear-elastic analysis under self
weight, hydrostatic load, thermal load
(Bergamo 1991)
Spostamenti di mensola (in alto dx) e
sforzi principali max per carico
idrostatico (in basso sx)
5. Esempi di Benchmark-Workshops
Diga di Talvacchia
(Benchmark-Workshops
Bergamo 1991 & 1992, Paris 1994)
Non-linear analysis of joint behaviour
under thermal and hydrostatic loads
(Paris 1994)
Confronto tra gli spostamenti radiali
di un arco per condizioni invernali (in
alto dx) e estive (in basso sx)
5. Esempi di Benchmark-Workshops
Diga di Schlegeis (Denver 1999, Salzburg 2001)
Uplift pressure and stress analysis of an arch
dam and foundation
Confronto tra gli sforzi principali Min. della
mensola centrale sul paramento di monte (in
basso sx) e di valle (in basso dx)
5. Esempi di Benchmark-Workshops
Diga di Scalere (Bucharest, 2003)
Evaluation of the imminent failure flood for a gravity dam with curved axis
873.95
863.95
Reservoir elevat. [m.a.s.l.]
853.95
843.95
833.95
Max water level
823.95
Case Set 0
Case Set 1
Case Set 2
Case Set 3
Case Set 4
Case Set 5
813.95
803.95
793.95
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
Andamento degli spostamenti
monte-valle in funzione della
variazione del livello di invaso nel
serbatoio: analisi parametrica
5. Esempi di Benchmark-Workshops
Ultimate
Water Height:
to be found
Operational Water
Height:
630 – 582.1 = 47.9 m
Elevation:
582.1 m a.s.l.
Diga del Poglia
(Wuhan, China 2005)
Evaluation of alkali-aggregate
reaction effects on the
behaviour of a hollow gravity
dam
5. Esempi di Benchmark-Workshops
Diga del Poglia
(Wuhan, China
2005)
Evaluation of
alkali-aggregate
reaction effects
on the behaviour
of a hollow
gravity dam
Confronto degli
sforzi principali
Max dovuti al
Peso Proprio +
AAR per il concio
centrale calcolati
con due diversi
codici
CANT-SD
CANT-SD
Internal
view
External
view
ABAQUS
ABAQUS
ABAQUS
Internal
view
External
view
Conclusioni
I modelli numerici contribuiscono in modo
significativo alla valutazione quantitativa dei margini
di sicurezza delle strutture nella pratica ingegneristica.
La loro accettabilità è stata incrementata nel campo
dell’ingegneria delle dighe anche grazie al notevole
lavoro svolto dal Comitato ‘Computations & Dams’.
Limiti dei modelli numerici:
• natura intrinsecamente parziale
• non ancora completa capacità di affrontare tutte le
problematiche di interesse.
Conclusioni
I nuovi compiti assegnati dall’ICOLD al Comitato
‘Dams & Computations’
emissione di un nuovo Bollettino (possibile titolo:
Guidelines for use of numerical models in dam
engineering)
organizzazione di ulteriori Benchmark-Workshops (il
9° è in corso di organizzazione a St. Petersburg,
Russia per Giugno, 2007 in coincidenza con l’Annual
Meeting dell’ICOLD)
2° Convegno Accademia Nazionale dei Lincei
Problemi Strutturali nell’ingegneria delle dighe
Palazzo Corsini – Roma
Il contributo del Comitato ICOLD ‘Dams & Computation’
nell’analisi numerica delle dighe
FINE DELLA PRESENTAZIONE
Guido Mazzà
Vice-Chairman del Comitato Tecnico ICOLD “Dams & Computation”
12-13/04/2007
CESI RICERCA, Milano