2° Convegno Accademia Nazionale dei Lincei

Problemi Strutturali nell’ingegneria delle dighePalazzo Corsini – Roma

Il contributo del Comitato ICOLD “Dams & Computation”

nell’analisi numerica delle dighe

Guido MazzàVice-Chairman del Comitato Tecnico ICOLD “Dams & Computation”

CESI RICERCA, Milano12-13/04/2007

Indice della presentazione1. Introduzione2. Aspetti chiave del processo di modellazione

numerica3. Ideazione e organizzazione dei Benchmark-

Workshop4. Descrizione dei Benchmark-Workshop5. Esempi di temi discussi nei Benchmark-

WorkshopConclusioni

1. Introduzione2. Aspetti chiave del processo di modellazione

numerica3. Ideazione e organizzazione dei Benchmark-

Workshop4. Descrizione dei Benchmark-Workshop5. Esempi di temi discussi nei Benchmark-

WorkshopConclusioni

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, all’organizzazione di workshops e conferenze in cui entrambe le culture sono coinvolte.

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.

Modelli matematici e ingegneria delle dighe:un rapporto difficile

Modelli matematici e ingegneria delle dighe:un rapporto difficile

1.  Introduzione

• 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

• 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

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’).

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’).

1.  Introduzione

• Organizzazione di Benchmark-Workshop per l’analisi di problemi dell’ingegneria delle dighe. Scopo: definire soluzioni di riferimento, comparare differenti strategie di modellazione

• Organizzazione di Benchmark-Workshop per l’analisi di problemi dell’ingegneria delle dighe. Scopo: definire soluzioni di riferimento, comparare differenti strategie di modellazione

Attività svolte dal ComitatoAttività 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)

• 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)

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.

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

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).

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

3.   Ideazione e organizzazione dei Benchmark-Workshop

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.

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.

Prima fase dell’attività del Comitato: benchmark a supporto della ‘Validazione dei programmi di calcolo’.Prima fase dell’attività del Comitato: benchmark a supporto della ‘Validazione dei programmi di calcolo’.

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 l’uso corretto dei programmi di calcolo impiegati per la soluzione di problemi dell’ingegneria delle dighe.

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.

Seconda fase dell’attività del Comitato: benchmark a supporto della ‘Giustificazione’. Seconda fase dell’attività del Comitato: benchmark a supporto della ‘Giustificazione’.

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.

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.

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. 122Bollettino N. 122

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

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

4. Descrizione dei Benchmark-Workshops

Le informazioni relative agli eventi svolti finora sono riportati nell’elenco che segue.Le informazioni relative agli eventi svolti finora sono riportati nell’elenco che segue.

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.

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.

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.

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

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

5. Esempi di Benchmark-Workshops

Tipologia di temi discussi nell’ambito dei B-W:alcuni esercizi proposti ai partecipanti

‘leitmotif’: le dighe murarie.

Tipologia di temi discussi nell’ambito dei B-W:alcuni esercizi proposti ai partecipanti

‘leitmotif’: le dighe murarie.

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

793.95

803.95

813.95

823.95

833.95

843.95

853.95

863.95

873.95

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

Res

ervo

ir e

leva

t. [m

.a.s

.l.]

Case Set 0Case Set 1Case Set 2Case Set 3Case Set 4Case Set 5

Max water level

5. Esempi di Benchmark-Workshops

UltimateWater Height:

to be found

Operational WaterHeight:

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 damConfronto 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

ABAQUS Internal view

ABAQUS External view

ABAQUS

5. Esempi di Benchmark-Workshops

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 dell’ingegneria delle dighe anche grazie al notevole lavoro svolto dal Comitato ‘Computations & Dams’.

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’.

Conclusioni

emissione di un nuovo Bollettino (possibile titolo: Guidelines for use of numerical models in dam engineering)

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)

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)

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

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

12-13/04/2007

FINE DELLA PRESENTAZIONE

2° Convegno Accademia Nazionale dei Lincei

Problemi Strutturali nell’ingegneria delle dighePalazzo Corsini – Roma

Il contributo del Comitato ICOLD ‘Dams & Computation’ nell’analisi numerica delle dighe

Guido MazzàVice-Chairman del Comitato Tecnico ICOLD “Dams & Computation”

CESI RICERCA, Milano