PROBLEMI DI INGEGNERIA GEOTECNICA NELLE GRANDI DIGHE IN TERRA Argomenti di Ingegneria Geotecnica Giornata in ricordo di FILIPPO VINALE Augusto Desideri Università Sapienza Augusto Desideri – Luca Pagano Croce Lecture di Ruggero Jappelli 2002
PROBLEMI DI INGEGNERIA GEOTECNICA NELLE GRANDI
DIGHE IN TERRA
Argomenti di Ingegneria GeotecnicaGiornata in ricordo di FILIPPO VINALE
Augusto DesideriUniversità Sapienza di Roma
Augusto Desideri – Luca Pagano
Croce Lecture di Ruggero Jappelli 2002
DIGHE IN TERRA
Argomenti di Ingegneria GeotecnicaGiornata in ricordo di FILIPPO VINALE
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DIGHE IN TERRA
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earth fill(compacted gravelly sands)
rockfill
upstream bituminous facing upstream filter
alluviaconcrete cutoff wall
fluvio-glacial deposit
bedrock
1144.5 (m a.s.l.)1142.5 (m a.s.l.)
950
970
990
1010
1030
1050
1070
1090
1110
1130
1150
( m a.s.l.)
Diga omogenea
Diga con manto
Diga zonata
405
395
385
375
365
355
(m a.s.l.)
402 (m a.s.l.)400 (m a.s.l.) filter
downstream shell
upstream outer shell
upstream inner shell
clay core
concrete cutoff wallbedrock clayey silt sandy gravel
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PROBLEMI DI INGEGNERIA GEOTECNICA NELLE GRANDI DIGHE IN TERRA
PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DELLE DIGHE IN TERRA
CONTROLLO DELLE DIGHE ESISTENTI: ANALISI DEL COMPORTAMENTO FINALIZZATA ALLA VALUTAZIONE DELLE CONDIZIONI DI SICUREZZA
Delle 541 grandi dighe presenti sul territorio italiano più di 200 sono dighe in terra
UBICAZIONE DELLE DIGHE NEL SUD ITALIA
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IMPORTANZA DELLA VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA NELLE DIGHE
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Hw
H
FENOMENI PERICOLOSI PER UNA DIGA IN TERRA: POSSIBILI MECCANISMI DI COLLASSO
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INSTABILITA' GLOBALE
FRATTURE E PROCESSI DI EROSIONEEVENTI SISMICI
VALUTAZIONE DELLE CONDIZIONI DI SICUREZZA IN UNA DIGA IN TERRA
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-VICISSITUDINI SUBITE DALL'OPERA (STORIA DI COSTRUZIONE, STORIA D'INVASO, EVENTI SISMICI, DIARIO DELLA STRUMENTAZIONE)
-ISPEZIONI VISIVE (CONTORNO ESTERNO - CUNICOLI DI ISPEZIONE)
-MONITORAGGIO (SPOSTAMENTI, PRESSIONI INTERSTIZIALI, TENSIONI TOTALI, PORTATE FILTRANTI, TORBIDITA‘, ACCELERAZIONI, DATI METEOROLOGICI)
-COMPORTAMENTO ATTESO (SCHEMI COMPORTAMENTALI, MODELLI MATEMATICI)
CONTROLLO DELLE DIGHE ESISTENTI: ANALISI DEL COMPORTAMENTO FINALIZZATA ALLA VALUTAZIONE DELLE
CONDIZIONI DI SICUREZZA
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•Convenzione tra Dipartimento di Ingegneria Geotecnica e Servizio Nazionale Dighe sul tema “Esecuzione di un programma di ricerca sulla sicurezza delle dighe in terra”;
•Progetto di ricerca finanziato dall’INGV al Dipartimento di Ingegneria Geotecnica sul tema “Riduzione della Vulnerabilità sismica dei sistemi Infrastrutturali e dell’Ambiente fisico” (VIA) (responsabile scientifico task 7 sulla vulnerabilità di dighe in terra e opere geotecniche);
•Convenzione tra Dipartimento di Ingegneria Geotecnica e Agenzia per il Po sul tema “Stabilità e sicurezza delle arginature fluviali”;
•Progetto di ricerca PRIN2005 finanziato dal MIUR dal titolo “Monitoraggio e valutazione della sicurezza nelle dighe in terra e negli argini fluviali”;
•Progetto su sistemi di allarme sismico su dighe in terra, responsabile per conto di AMRA, finanziato dalla Regione Campania
CONTROLLO DELLE DIGHE ESISTENTI: ANALISI DEL COMPORTAMENTO FINALIZZATA ALLA VALUTAZIONE DELLE
CONDIZIONI DI SICUREZZA
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[R1] Pagano L., Desideri A., Vinale F. (1998) Interpreting the Settlement Profiles of Earth Dams Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, V.124, n.10, pp 923-932[R2] Fanelli M., Giuseppetti G., Mazza’ G., De Marco S., La Barbera G., Palumbo P., Ruggeri G., Ribacchi R., Pagano L., Silvestri F., Vinale F., Sembenelli (1998) La Potenzialità della Modellazione Matematica e delle Procedure di Calcolo Automatico nel Progetto e nella Valutazione della Sicurezza delle Dighe L’Energia Elettrica, V.75 n.4, pp. 225-242[R3] Pagano L., Silvestri F., Vinale F. (2001) A back-analysis of Beliche Dam. Discussion on Géotechnique, V.51, n.4, pp. 377-380 [R5] Sica S., Pagano L., Vinale F (2008). Interpretazione dei segnali sismici registrati sulla diga di Camastra. Italian Geotechnical Journal (RIG), 3, pp. 167-181[C1] Pagano L., Desideri A., Vinale F. (1999) Controllo delle pressioni neutre nel nucleo di dighe zonate: la diga di El-Infiernillo XX Convegno Nazionale di Geotecnica, Parma, pp. 537-543 [C2] Pagano L., Silvestri F., Vinale F. (1996) Simulation of the construction stage of La Esperanza dam. IV International workshop on numerical analysis of dams. Madrid[C3] Pagano L., Silvestri F., Vinale F, Maranha das Neves E. (1997) Coupled analysis of Beliche Dam. XIX International Conference on Large Dams. Firenze, pp. 723-744. [C4] Pagano L., Desideri A., Vinale F (1998) Influence of water retention characteristic curve curve on dam behaviour during construction 2nd International Conference on Unsaturated Soils [C5] Pagano L., Desideri A., Vinale F (1998) The behavior of an earth dam reaching saturation during construction 2nd International Conference on Unsaturated Soils, Beijing, China, pp. 255-2[C6] Pagano L., Desideri A.., Vinale F. (1999) Prediction of the behavior of a zoned earth dam during construction and impounding Fifth international benchmark workshop on numerical analysis of dams, Denver, June 1999 [R1] Pagano L., Sica S., Desideri A. (2006). Representativeness of Measurements in the Interpretation of Earth Dam Behavior Canadian Geotechnical Journal V.43, N.1, pp. 87-99 [R2] Sica S., Pagano L., Modaressi A. (2008). Influence of past loading history on the seismic response of earth dams. Computers & Geotechnics, 35, pp. 61-85, 2008[R3] Pagano L., Mancuso C., Sica S. (2008).Prove in sito sulla diga del Camastra: tecniche sperimentali e risultati. Italian Geotechnical Journal (RIG), 3, pp. 9-27 [R4] Bilotta E., Pagano L., Sica S. (2008). Asincronismo del moto sismico in due dighe in terra. Italian Geotechnical Journal (RIG), 3, pp. 182-206[R5] Fontanella E., Pagano L. (2008). Approcci semplificati per l’interpretazione delle misure in dighe in terra. Italian Geotechnical Journal (RIG), 3, pp. 110-123[R6] Pagano L., Sica S., Coico P. (2008). A Study to evaluate the seismic performance of road embankments. Accettato per pubblicazione su Soils & Foundations [R7] Pagano L., Fontanella E., Sica S., Desideri A. (2007). Pore water pressure measurements in the interpretation of the hydraulic behaviour of two earth dams. Soils & Foundations[R8] Pagano L., Sica S. (2008). Performance-Based Analysis of earth dams: procedures and application to a sample case. Accettato per pubblicazione sulla rivista Soils & Foundations [C1] Luca Pagano, Stefania Sica, Augusto Desideri (2004) Osservazione e analisi di problemi di tenuta idraulica in dighe in terra, XXII Convegno Nazionale di Geotecnica, Palermo, 563-568 [C2] Luca Pagano, Stefania Sica, Augusto Desideri (2004) Rappresentazione delle misure realizzate su dighe in terra XXII Convegno Nazionale di Geotecnica, Palermo, 569-578[C3] Augusto Desideri, Luca Pagano (2005) Dighe in terra: osservazioni e misure. Questioni di Ingegneria Geotecnica, scritti in onore di Arturo Pellegrino, Napoli, 407-418[C4] Sica S., Pagano L. (2007) Verifica sismica di dighe in terra: definizione delle procedure e descrizione di un esempio applicativo. XXIII Convegno Nazionale di Geotecnica, Padova, Ma[C5] Pagano L., Sica S., Coico P. (2007) Verifica sismica di rilevati stradali. XXIII Convegno Nazionale di Geotecnica, Padova, Maggio 2007[C6] Pagano L. (1997) The behaviour of zoned earth dams: the results of a numerical experiment XI Young Geotechnical Engineer’s Conference, Madrid, pp. 163-171. [C7] Pagano L. (1998) Implementation of the state surface approach to model the behaviour of unsaturated soils. Proc. VIII ABAQUS Users’ Conference. Milano, pp. 567-576 [C8] Pagano L. (1998) Steady state and transient unconfined seepage analysis for earthfill dams. Proc. VIII ABAQUS Users’ Conference. Milano, pp. 577-585 [C9] Sica S., Pagano L., Modaressi A. (2002) A Numerical analysis of a zoned earth dam by a coupled approach 12th European Conference on Earthquake Engineering, London, September 2[C10] Sica S., Pagano L., Modaressi A. (2002) Aftershock effects on seismic response of earth dams 5th European Conference on Numerical Methods in Geotechnical Engineering, Paris, 2002[C11] Pagano L., Fenelli G.B., Sica S. (2003) Interpreting the Camastra dam behaviour in 40 years of operation 3rd International Conference on Deformation Characteristics,Lion, September 20[C12] Sica S., Pagano L., Modaressi A. (2003) Réponse sismique des barrages en terre lors des répliques sismiques: effects de mémoire 6th National Colloquium of the French Assosiaciation for arthquake Engineering AFPS2003, Palaiseau (France)[C13] Pagano L. (1998) Interpretation of mechanical behaviour of earth dams by numerical analysis Workshop in Naples on Prediction and Performance in Geotechnical Engineering, Naples, pp. 89-150[C14] Pagano L. (2007) “Analisi a ritroso di dighe in terra”. XXIII Convegno Nazionale di Geotecnica, Relazione di Panel, Padova, Maggio 2007 [C15] Pagano L., Sica S. (2005). Costruzioni in Terra. Linee guida su Aspetti Geotecnici della Progettazione in Zona Sismica. Patron Editore, Bologna. 227-236[C16] Pagano L. Analisi del comportamento statico di dighe in terra zonate (1996) Tesi di Dottorato in Ingegneria Geotecnica. Consorzio tra le Università di Roma "La Sapienza" e Napoli "Fede[C17] Pagano L., Mancuso C., Sica S. (2009).Characterization of soil properties of an earth dam by in situ tests. IS-Tokyo2009 conference (in print)[C18] Bilotta E., Pagano L., Sica S. (2009).Effects of asynchronism on seismic performance of earth dams. IS-Tokyo2009 conference (in print)
Pagano L., Desideri A., Vinale F. (1998) Interpreting the Settlement Profiles of Earth Dams Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, V.124, n.10, pp 923-932
Bilotta E., Pagano L., Sica S. (2009).Effects of asynchronism on seismic performance of earth dams. IS-Tokyo2009 conference (in print)
MONITORAGGIO DELLE DIGHE IN TERRA
Argomenti di Ingegneria GeotecnicaGiornata in ricordo di FILIPPO VINALE
Augusto DesideriUniversità Sapienza di Roma
Portate filtranti e torbiditàVerticali Assestimetriche
Celle PiezometricheCelle di pressione totale
Caposaldi per misure topografiche
MONITORAGGIO DELLE DIGHE IN TERRA
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accelerometri
MONITORAGGIO DELLE DIGHE IN TERRA
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GPS master GPS rover
Meteo
Accelerometer
TargetTotal station
Reference target
SCHEMI DI COMPORTAMENTO PER L’INTERPRETAZIONE DELLE MISURE
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Quo
ta r
ileva
to
Spostamenti verticali
-Perdita di confinamento con la quota-Effetti arco modesti o assenti -Pressioni interstiziali significative
-Effetti arco significativi-Tensioni verticali e pressioni interstiziali modeste
-Perdita di confinamento ed effetti arco si compensano
Pagano, Desideri, Vinale (1998)
1040
1050
1060
1070
1080
1090
1100
1110
1120
1130
1140
1150
18
/05
/65
18
/05
/67
17
/05
/69
17
/05
/71
16
/05
/73
16
/05
/75
15
/05
/77
15
/05
/79
14
/05
/81
14
/05
/83
13
/05
/85
13
/05
/87
12
/05
/89
12
/05
/91
11
/05
/93
11
/05
/95
10
/05
/97
10
/05
/99
09
/05
/01
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
800,00
900,00
1.000,00
Qu
ote
(m
s.l
.m.m
.)
Perd
ite (
l/s)
15 s
7 s
C 717 d
15 d
C 4
1 DR 9
13 d
7 d
14 d
C 9
C 12
R 2 R 3
R 4 R 5
R 8 R 10R 7 R 6
P 2
14 s
8 s
6 s
5 s
20 s
16d
R 1
4d
9d
5d
12 d
8 d
6 d
perdite
invaso
P1 P4 P7 P9 P12
t1t2 t3 t4 t5
Schemi di comportamento per l’interpretazione delle misure
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399
SCHEMI DI COMPORTAMENTO PER L’INTERPRETAZIONE DELLE MISURE
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Augusto DesideriUniversità Sapienza di Roma
400
(m a.s.l.)
396
392
388
384
380
376
400
396
392
388
380
384
376
m (a.s.l.)OCT 2000
MODELLI COMPLESSI PER L’INTERPRETAZIONE DELLE MISURE
E LA PREVISIONE DEL COMPORTAMENTO
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375
385
395
405
0 100 200 300 400
2,0 1,6 1,2 0,8 0,4 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,00
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 200
20
40
60
80
100
120
1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,20
10
20
30
40
50
0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,50
5
10
15
20
25
Polverina Beliche El Infiernillo
Quote
rile
vato
(m
)
Cedimenti (m)
Fianco monte
Nucleo
Quote
rile
vato
(m
)
Cedimenti (m)
Nucleo Fianco monte
Fianco valle
Nucleo
Quote
rile
vato
(m
)
Cedimenti (m)
Quote
pie
zom
etr
iche (
m)
Tempi (mesi)
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Tempi (mesi)
Quote
pie
zom
etr
iche (
m)
Tempi (mesi)Quote
pie
zom
etr
iche (
m)
Pagano, Desideri, Vinale (1999) Pagano, Sica, Desideri (2006) Pagano, Silvestri, Vinale (2001)
MODELLI COMPLESSI PER L’INTERPRETAZIONE E LA PREVISIONE DEL COMPORTAMENTO
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CM
CL
1 2 3 3
2
4 4
4
UM DM
CC
DL
1 nucleo
2 filtri
3 Fianchi (zona costipata)
4 Fianchi (zona non costipata)
Sica S., Pagano L., Modaressi A. (2008) “Influence of past loading history on the seismic response of earth dams”
Diga di El Infiernillo
0 50 100 m
Section EST 0+175 Frontiera assorbenteSection EST 0+175 Frontiera assorbente
MODELLI COMPLESSI PER L’INTERPRETAZIONE E LA PREVISIONE DEL COMPORTAMENTO
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-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
-0.50 -0.30 -0.10 0.10 0.30 0.50
Axial straina (%)
De
via
tori
c s
tre
ss
, q (
MP
a) qcyc=0.1 MPa
qcyc=0.07 MPa
c=0.2 MPa N=25
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
Mean effective stress, p' (MPa)
De
via
tori
c s
tre
ss
, q
(M
Pa
)
qcyc=0.10 MPa
qcyc=0.07 MPa
c=0.2 MPaN=25
Diga di El Infiernillo
Modelli che riproducono il comportamento esibito dai terreni n condizioni di sollecitazione ciclica, come quella indotta da un sisma di forte intensità
Sica S., Pagano L., Modaressi A. (2008)
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La geotecnica svolge un ruolo particolarmente importante nello studio del comportamento statico e dinamico delle dighe in terra.
Il monitoraggio di queste opere è elemento essenziale per la verifica e il controllo del loro comportamento
Gli studi avviati insieme a Vinale sulla rappresentazione delle misure e sulla definizione di semplici schemi interpretativi hanno fornito strumenti molto utili per l’analisi del comportamento delle dighe in terra
La messa a punto di modelli matematici utili per l’interpretazione e la previsione del comportamento statico e dinamico delle dighe in terra ha permesso di ottenere risultati molto soddisfacenti.
Il confronto tra misure e previsioni può permettere la realizzazione di sistemi di allarme preventivo