Influenza dell’interazione terreno-struttura sulle analisi sismiche 2D di dighe a gravità

L’interazione terreno-struttura è un fattore molto importante nelle analisi numeriche sismiche. Principalmente, per opere strategiche di una certa importanza come le dighe, l’interazione tra domini (fondazione e struttura) può essere fonte di errori di stima delle deformazioni anche tra modelli apparentemente uguali. Nell’articolo in questione, si riporta il confronto dei risultati ottenuti applicando un’analisi nel dominio nel tempo su modelli 2D al continuo includendo o meno l’interazione della fondazione.
 
INTRODUZIONE
L’analisi e la verifica di opere di una certa complessità come le dighe, richiedono processi articolati e di un certo grado di complicazione. Attualmente, il progettista può attingere da una vasta banca procedure di analisi, più o meno complesse.
 
 
Figura 1 - Tipi di analisi sismica: A) metodo pseudo-statico, B) metodo pseudo-dinamico, C) metodo nel dominio del tempo (time history), D) metodo rigid block model
 
In Figura 1 sono state riportate le principali metodologie di analisi attuabili per la verifica delle dighe a gravità. Si può optare per un’analisi pseudo-statica (A) oppure un’analisi pseudo-dinamica (B) o, in alternativa, ad un’analisi di tipo rigid block (D) per cogliere, ad esempio, il comportamento sotto sisma di alcune porzioni del paramento. Il continuo progresso tecnologico in campo numerico ha permesso, inoltre, la messa appunto di metodologie molto più raffinate, capaci di descrivere la deformazione della struttura in funzione di un determinato sisma (accelerogramma). Questa procedura viene chiamata analisi nel dominio del tempo, meglio nota con il termine anglosassone Time History Analysis.
In questo tipo di procedura, ogni elemento importante del complesso strutturale, viene discretizzato attraverso il metodo F.E.M., impiegando elementi con varie formulazioni matematiche; ne deriva, quindi, uno schema strutturale complesso che richiede un'adeguata conoscenza dell'interazione tra elementi, nonché il comportamento di ogni singolo materiale per consentire un adeguato grado di calibrazione.
La calibrazione del modello, infatti, è un processo molto delicato nella verifica di opere complesse come le dighe; mentre la costruzione del modello geometrico, viene effettuata abbastanza agevolmente grazie alla vasta mole di software per la meshatura disponibili, la calibrazione richiede molti accorgimenti, tra i quali si evidenzia l'interconnessione tra modellazione numerica virtuale e caratteristiche fisiche in loco. La verifica sismica quindi, deve essere proceduta da analisi di servizio che permettano di descrivere il reale comportamento della diga.
 
Una metodologia per effettuare una calibrazione di un modello di calcolo, ad esempio, è quella di mettere in correlazione la risposta dinamica, ottenuta con procedimenti numerici, con il reale comportamento della diga sottoposta ad un sistema di forze artificiali o naturali (GdL ITCOLD, 2012). Questo procedimento, permette di calibrare un modello ad elementi finiti con cui è possibile, successivamente, effettuare le operazioni di verifica.
Nelle analisi nel dominio del tempo, si considera spesso anche la non linearità del materiale (alle volte quella geometrica), questo per simulare il reale comportamento della struttura sotto ogni ciclo di sollecitazione. É inevitabile sottolineare come un modello completo e complesso come quello in oggetto, sia indubbiamente, tenda ad un comportamento realistico della struttura solamente se le ipotesi iniziali possono essere, in qualche modo, supportate da adeguate dimostrazioni. In effetti, i modelli strutturali completi sono spesso rappresentati con molta enfasi, ma molto spesso sono frutto di passaggi graduali in cui si sono compiuti svariati modelli semplici che permettono, al progettista, un controllo quasi totale dell'analisi.

 
Ing. Ennio Casagrande, libero professionista e autore di diverse pubblicazioni, si occupa di progettazione strutturale, rischio sismico e cantieristica e collabora attivamente con la società Casagrande Costruzioni Edili. Contatti: ennio.casagrande@gruppocasagrande.it - www.gruppocasagrande.it