Il contributo del Comitato ICOLD nell’analisi numerica delle dighe 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” CESI RICERCA, Milano 12-13/04/2007

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

Modelli matematici e ingegneria delle dighe: 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.

Ruolo dell’ICOLD (International Commission on Large Dams): 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 Benchmark-Workshop 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 Benchmark-Workshop 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 Benchmark-Workshop 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 Andamento degli spostamenti monte-valle in funzione della variazione del livello di invaso nel serbatoio: analisi parametrica

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

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 Internal view CANT-SD External view ABAQUS Internal view External view ABAQUS

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.

I nuovi compiti assegnati dall’ICOLD al Comitato ‘Dams & Computations’ 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)

FINE DELLA PRESENTAZIONE 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” CESI RICERCA, Milano 12-13/04/2007