Un metodo per la validazione strutturale delle analisi sismiche di dighe a gravità esistenti

Nel presente articolo si presenta uno studio riguardante l’analisi sismica di dighe a gravità, utilizzando metodologie semplificate, sviluppate ad hoc su normali piattaforme open source. Dopo aver focalizzata l’attenzione sul problema, si esamineranno gli elementi finiti impiegati nelle elaborazioni FEM, nonché le tipologie di analisi utilizzate per le verifiche sismiche, inclusa l’analisi nel dominio del tempo (time history analysis). La seconda parte dell’articolo sarà dedicata alla valutazione dei modelli strutturali semplificati, a masse distribuite o a masse concentrate, con comparazione dei risultati tra modelli al continuo (elementi bidimensionali) e modelli monodimensionali. In conclusione saranno evidenziati i futuri sviluppi ed i possibili utilizzi come validazione del calcolo secondo quanto riportato nel capitolo 10 delle Norme Tecniche per le Costruzioni del D.M. 14/01/2008 e s.m..

INTRODUZIONE

I recenti e considerevoli sviluppi normativi nell’ambito delle opere infrastrutturali hanno evidenziato la necessità di verificare - ed eventualmente adeguare alle più innovative normative - le opere di una certa complessità ingegneristica, edificate oramai agli inizi del secolo scorso. Tra le opere in questione spiccano le dighe [1]. Infatti in Italia attualmente, tra dighe e traverse di ritenuta, esistono circa 538 opere la cui edificazione, completata più di cinquant’anni fa, non risulta allineata alle più recenti normative sismiche. A tal proposito risulta necessaria, pertanto, una ri-valutazione strutturale tale da garantire l’integrità strutturale secondo il concetto di vita utile dell’opera.
L’analisi ingegneristica per questo tipo di strutture, è tutt’altro che semplice tanto da aver stimolato il mondo scientifico alla ricerca di modelli di analisi sempre più performanti [2][4]. La maggior parte dei modelli messi a punto, si basano sostanzialmente sull’implementazione del metodo agli elementi finiti (F.E.M.), metodologia ben nota nella progettazione strutturale in quanto permette di simulare virtualmente il comportamento di una data struttura nelle diverse combinazioni di carico, siano esse di esercizio siano esse eccezionali (sismiche). Ultimamente, però, l’utilizzo massiccio di tali tecniche numeriche ha comportato, a sua volta, l’utilizzo di software dedicati con i quali, è possibile elaborare e simulare il comportamento di strutture molto complesse in modo agevole ed immediato.
È bene ricordare, però, che ricorrere in maniera massiccia a tali strumenti può produrre degli errori fondamentali nel calcolo, come per esempio la calibrazione non consona del modello osservato oppure l’utilizzo di un particolare elemento finito che non rispecchia il reale comportamento di una porzione di struttura. Cosa ancor più importante sta nel fatto che, secondo il capitolo 10.2 delle NTC2008, l’analisi condotta deve possedere la caratteristica di essere “ri-elaborata” da terze parti questo per permettere una verifica dell’analisi e la validazione del modello. È evidente, quindi, che il processo di analisi di un’opera così complessa debba essere condotto step-by-step, ovvero affinando il modello per gradi in modo tale che l’analisi sia “rintracciabile” e quindi “validato”.
La rintracciabilità di un’analisi è una caratteristica molto importante; un processo rintracciabile significa che a distanza di tempo, sia possibile ripercorrere la realizzazione di un modello strutturale esattamente come è stato generato a suo tempo, in modo tale, da poter risalire ad eventuali difformità oppure adeguamenti strutturali necessari.

IL MODELLO AD ELEMENTI FINITI
I modelli ad elementi finiti utilizzati per la simulazione del comportamento di una diga possono essere svariati. Ultimamente, è stato evidenziato come l’utilizzo di geometrie tridimensionali permetta al progettista di cogliere alcuni aspetti deformativi importanti altrimenti non evidenziabili con tecniche bidimensionali.



Quanto asserito in alcune pubblicazioni è senza dubbio veritiero [4][5]; il problema principale è di capire in che modo arrivare ad un modello tridimensionale completo e compatibile con la realtà dell’opera.
Un’analisi obbiettiva e rintracciabile, deve essere prima di tutto chiara. Ad esempio, l’analisi di una diga a gravità di lunghezza estesa, come quella riportata in Figura 1, secondo il concetto step-by-step, potrebbe essere preventivamente condotta attraverso l’analisi su un piano bidimensionale utilizzando elementi molto semplici, e di chiara interpretazione. Il modello in questo caso potrebbe essere discretizzato in primis utilizzando elementi monodimensionali tipo BEAM o bidimensionali triangolari tipo CST, e solo successivamente passare a modelli più complessi.
L’utilizzo di metodi complessi e articolati non influenza solo l’elemento in sé ma, come ben noto, le ripercussioni sono molteplici. Infatti, a tal riguardo basti pensare all’ipotesi semplificativa adottata per la distribuzione del carico idrostatico sul paramento a monte della diga: l’utilizzo del metodo “nodo per nodo” rispetto al metodo “elemento per elemento” produce un errore non trascurabile, funzione della mesh scelta [6].
 


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