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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





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



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



IMPORTANZA DELLA VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA NELLE DIGHE



Hw

H

FENOMENI PERICOLOSI PER UNA DIGA IN TERRA: POSSIBILI MECCANISMI DI COLLASSO



INSTABILITA' GLOBALE

FRATTURE E PROCESSI DI EROSIONEEVENTI SISMICI

VALUTAZIONE DELLE CONDIZIONI DI SICUREZZA IN UNA DIGA IN TERRA



-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



•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



[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



Portate filtranti e torbiditàVerticali Assestimetriche

Celle PiezometricheCelle di pressione totale

Caposaldi per misure topografiche




accelerometri




GPS master GPS rover

Meteo

Accelerometer

TargetTotal station

Reference target

SCHEMI DI COMPORTAMENTO PER L’INTERPRETAZIONE DELLE MISURE



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

Argomenti di Ingegneria Geotecnica Giornata in ricordo di FILIPPO VINALE


399

SCHEMI DI COMPORTAMENTO PER L’INTERPRETAZIONE DELLE MISURE



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



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



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



-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)



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

problemi di ingegneria geotecnica nelle grandi dighe in terra argomenti di ingegneria geotecnica...

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