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2° Convegno Accademia Nazionale dei Lincei Problemi Strutturali nellingegneria delle dighe Palazzo Corsini – Roma Il contributo del Comitato ICOLD Dams.

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1 2° Convegno Accademia Nazionale dei Lincei Problemi Strutturali nellingegneria delle dighe Palazzo Corsini – Roma Il contributo del Comitato ICOLD Dams & Computation nellanalisi numerica delle dighe Guido Mazzà Vice-Chairman del Comitato Tecnico ICOLD Dams & Computation CESI RICERCA, Milano 12-13/04/2007

2 Indice della presentazione 1. Introduzione 2. Aspetti chiave del processo di modellazione numerica 3. Ideazione e organizzazione dei Benchmark- Workshop 4. Descrizione dei Benchmark-Workshop 5. Esempi di temi discussi nei Benchmark- Workshop Conclusioni 1. Introduzione 2. Aspetti chiave del processo di modellazione numerica 3. Ideazione e organizzazione dei Benchmark- Workshop 4. Descrizione dei Benchmark-Workshop 5. Esempi di temi discussi nei Benchmark- Workshop Conclusioni

3 1. Introduzione 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, allorganizzazione di workshops e conferenze in cui entrambe le culture sono coinvolte. Modelli matematici e ingegneria delle dighe: un rapporto difficile Modelli matematici e ingegneria delle dighe: un rapporto difficile

4 1. Introduzione Istituito come Comitato ad hoc nel 1988, Riconfermato per il periodo e Trasformato in Comitato permanete durante lICOLD Annual Meeting del 2005 Istituito come Comitato ad hoc nel 1988, Riconfermato per il periodo e Trasformato in Comitato permanete durante lICOLD Annual Meeting del 2005 Ruolo dellICOLD (International Commission on Large Dams): il contributo del Comitato Tecnico sugli Aspetti Computazionali per lAnalisi e il Progetto delle Dighe (Dams & Computations). Ruolo dellICOLD (International Commission on Large Dams): il contributo del Comitato Tecnico sugli Aspetti Computazionali per lAnalisi e il Progetto delle Dighe (Dams & Computations).

5 1. Introduzione Organizzazione di Benchmark-Workshop per lanalisi di problemi dellingegneria delle dighe. Scopo: definire soluzioni di riferimento, comparare differenti strategie di modellazione 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)

6 1. Introduzione Finalità della presente memoria: fornire un contributo sul potenziale e sui limiti dei modelli matematici applicati allingegneria delle dighe facendo riferimento alla vasta esperienza raccolta nellambito della più che decennale attività del Comitato.

7 2. Aspetti chiave del processo di modellazione numerica 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) 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) La modellazione numerica nel processo ingegneristico globale relativo alle varie fasi di vita delle opere (dal concepimento alla dismissione).

8 3. Ideazione e organizzazione dei Benchmark- Workshop Problemi di interesse dellingegnere 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 unaSoluzione di Riferimento per il problema in esame. Problemi di interesse dellingegnere 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 unaSoluzione di Riferimento per il problema in esame. Prima fase dellattività del Comitato: benchmark a supporto della Validazione dei programmi di calcolo.

9 3. Ideazione e organizzazione dei Benchmark- Workshop Diminuita necessità di sviluppare soluzioni di riferimento per la maggiore disponibilità di programmi di calcolo general purpose. Urgenza di approfondire luso corretto dei programmi di calcolo impiegati per la soluzione di problemi dellingegneria delle dighe. Diminuita necessità di sviluppare soluzioni di riferimento per la maggiore disponibilità di programmi di calcolo general purpose. Urgenza di approfondire luso corretto dei programmi di calcolo impiegati per la soluzione di problemi dellingegneria delle dighe. Seconda fase dellattività del Comitato: benchmark a supporto della Giustificazione. Seconda fase dellattività del Comitato: benchmark a supporto della Giustificazione.

10 3. Ideazione e organizzazione dei Benchmark- Workshop Indicazioni raccolte in sei Tabelle (tre per le dighe murarie, tre per quelle in materiali sciolti) accompagnate da note che spiegano le motivazioni. 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. Bollettino N. 122

11 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 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

12 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 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

13 4. Descrizione dei Benchmark-Workshops Le informazioni relative agli eventi svolti finora sono riportati nellelenco che segue. Svolti 8 Benchmark-Workshop tra il 1991 e il Problemi ingegneristici relativi a dighe murarie e in materiali sciolti vengono presentati, risolti, e i cui risultati sono confrontati e discussi. Svolti 8 Benchmark-Workshop tra il 1991 e il Problemi ingegneristici relativi a dighe murarie e in materiali sciolti vengono presentati, risolti, e i cui risultati sono confrontati e discussi.

14 4. Descrizione dei Benchmark-Workshops 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 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 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. 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.

15 4. Descrizione dei Benchmark-Workshops 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 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 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 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

16 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 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 4. Descrizione dei Benchmark-Workshops 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 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 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 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

17 5. Esempi di Benchmark-Workshops Tipologia di temi discussi nellambito dei B-W: alcuni esercizi proposti ai partecipanti leitmotif: le dighe murarie. Tipologia di temi discussi nellambito dei B-W: alcuni esercizi proposti ai partecipanti leitmotif: le dighe murarie.

18 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

19 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

20 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

21 Diga di Scalere (Bucharest, 2003) Evaluation of the imminent failure flood for a gravity dam with curved axis Andamento degli spostamenti monte-valle in funzione della variazione del livello di invaso nel serbatoio: analisi parametrica 5. Esempi di Benchmark-Workshops

22 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

23 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 Internal view CANT-SD External view CANT-SD ABAQUSInternal view ABAQUSExternal view ABAQUS 5. Esempi di Benchmark-Workshops

24 Conclusioni Limiti dei modelli numerici: natura intrinsecamente parziale non ancora completa capacità di affrontare tutte le problematiche di interesse. Limiti dei modelli numerici: natura intrinsecamente parziale non ancora completa capacità di affrontare tutte le problematiche di interesse. 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 dellingegneria delle dighe anche grazie al notevole lavoro svolto dal Comitato Computations & Dams.

25 Conclusioni 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 lAnnual Meeting dellICOLD) I nuovi compiti assegnati dallICOLD al Comitato Dams & Computations

26 12-13/04/2007 FINE DELLA PRESENTAZIONE 2° Convegno Accademia Nazionale dei Lincei Problemi Strutturali nellingegneria delle dighe Palazzo Corsini – Roma Il contributo del Comitato ICOLD Dams & Computation nellanalisi numerica delle dighe Guido Mazzà Vice-Chairman del Comitato Tecnico ICOLD Dams & Computation CESI RICERCA, Milano


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