presentazione_dighe materiali sciolti Ing. Capozzi Ing. Milana

Le piccole dighe
criteri di progettazione e gestione e
adempimenti tecnici-amministrativi
criteri di dimensionamento e verifica
L’ AQUILA – 17 novembre 2014
Dott. Ing. Fabio CAPOZZI
Dott. Ing. Giancarlo MILANA
Le piccole dighe: criteri di progettazione e gestione e
adempimenti tecnici-amministrativi
NORMATIVA DI RIFERIMENTO:
─ legge n.64 del 2 febbraio 1974: “Provvedimenti per le costruzioni con particolari
prescrizioni per le zone sismiche”
─ D.L. n.136 del 28 maggio 2004 e convertito con modifiche Legge n.186 del 27 luglio
2004: “Disposizioni urgenti per garantire la funzionalità di taluni settori della
pubblica amministrazione - art.5 (…. redazione di norme tecniche per la
progettazione, la costruzione e l'adeguamento, anche sismico ed idraulico, delle
dighe di ritenuta….) ”
─ DM 14 gennaio 2008: “Approvazione delle nuove norme tecniche per le costruzioni”
(NTC2008);
─ DM 26 giugno 2014: “Norme tecniche per la progettazione e la costruzione degli
sbarramenti di ritenuta (dighe e traverse)”
Sostituisce la precedente norma
DM 24 marzo 1982
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AMBITO DI APPLICAZIONE – DM 2014
25
Limite DM 2014
20
Altezza sbarramento (m)
Sbarramenti di
competenza regionale
15
10
LR - tipologia D - classe C
5
0
0
0,2
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0,4
0,6
Volume invaso
0,8
1
1,2
Milioni m³
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STATI LIMITI DI PROGETTO (terminologia NTC2008):
(Per ogni componente del serbatoio – C.6)
─ Normale funzionamento – SLO (solo in condizioni sismiche) – può essere omessa per
dighe non strategiche
─ Danni riparabili senza rilascio incontrollato di acqua - SLD (in condizioni sismiche) e
SLE (non sismiche)
─ Danni non riparabili senza rilascio incontrollato di acqua - SLD (in condizioni
sismiche) e SLE (non sismiche)
─ Danni che determinano il rilascio incontrollato di acqua o rischio di perdita di vita
umane - SLV (in condizioni sismiche) e SLU (non sismiche)
─ Collasso della struttura - SLC (in condizioni sismiche)
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STATI LIMITI ULTIMI (SLU e SLV):
(almeno i seguenti scenari)
─ Instabilità del corpo diga e dei terreni o degli ammassi rocciosi di imposta
─ Instabilità per scorrimento anche parziale del corpo diga o rottura locali
─ Rottura per erosione interna, fessurazioni del corpo diga , dei terreni o degli
ammassi rocciosi di fondazione, degli elementi di tenuta, nelle superfici di contatto
manufatto-terreno tali da provocare filtrazione incontrollata
─ Deformazioni del corpo diga (e/o terreni di fondazione….) tali da provocare danni
strutturali allo sbarramento o la tracimazione
─ Instabilità dei pendii del bacino che possono provocare la tracimazione della diga o
danni strutturali
─ Rottura o danneggiamento degli organi di scarico che impediscono il deflusso
controllato dal serbatoio
─ Condizione di piena che porti alla tracimazione del coronamento con danni gravi
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STATI LIMITI DI ESERCIZIO (SLE e SLD):
(almeno i seguenti scenari)
─ Eccesso di tensioni o deformazioni del corpo diga e/o nei terreni di fondazione
─ Danneggiamento degli organi di scarico superficiali o profondi
─ Danneggiamento delle opere di derivazione
─ Danneggiamento dei sistemi di misura e controllo
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AZIONI (Stati limiti):
─ Peso proprio del corpo diga e dei vari elementi costituenti il serbatoio (G)
─ Spinta idrostatica su paramento di monte (G o A – massimo invaso)
─ Coazioni di origine termica e/o da ritiro (Q)
─ Sottospinte dovute alle pressioni interstiziali in corrispondenza di ogni discontinuità
(G)
─ Spinte del ghiaccio (per le dighe ove è possibile la formazione di uno strato di ghiacci
di 20 cm) (Q)
─ Spinta dovuta all’interrimento, stimato in sede di progetto (Q)
─ Azioni sismiche (E)
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AZIONI SISMICHE
─ In assenza di specifici studi sismotettonici o di pericolosità sismica
(necessari per ag/g ≥ 0.15 da NTC per Tr = 475 anni) si utilizzeranno le tabelle delle
NTC (fonte: http://esse1-gis.mi.ingv.it/)
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AZIONI SISMICHE
Periodo di ritorno dell’azione sismica
TIPO A
“Dighe di importanza strategica” o “strategiche”, la cui funzionalità durante e
a seguito di eventi sismici assume rilievo fondamentale per le finalità di
protezione civile: classificate in base ai Decreti del Dipartimento della
protezione civile e a regolamenti regionali; per queste ultime, in assenza di
specifica individuazione o classificazione si definiscono strategiche le dighe
che realizzano serbatoi a prevalente utilizzazione idroelettrica o potabile.
TIPO B
“Dighe rilevanti per le conseguenze di un eventuale collasso”: tutte le grandi
dighe; le dighe così classificate in base a regolamenti regionali.
TIPO C
“Dighe di importanza normale”: tutte le dighe non appartenenti alle
fattispecie A e B (si tratta solo di dighe di dimensioni contenute: non superano
i 15 metri di altezza e determinano un volume di invaso non superiore a
1.000.000 di metri cubi).
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AZIONI SISMICHE
Periodo di ritorno dell’azione sismica
TIPO A
TIPO B
TIPO C
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Dighe di
importanza
regionale
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SITUAZIONI PROGETTUALI
Può essere omessa per dighe a
gravità
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COMBINAZIONI delle AZIONI
(secondo il DM e le NTC)
Ai fini delle verifiche degli stati limite si definiscono le seguenti combinazioni delle
azioni.
 Combinazioni fondamentali (esercizio normale - fase costruttiva - fine costruzione rapida vuotatura) (SLU):
 Combinazione eccezionale (massimo invaso) (SLU):
 Combinazione sismica (SLU e SLE):
 Combinazione caratteristica rara (SLE irreversibile)
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COMBINAZIONI delle AZIONI
(secondo il DM e le NTC)
 Combinazione frequente (SLE reversibili)
 Combinazione quasi permanente (SLE per gli effetti a lungo termine)
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DIGHE DI MATERIALI SCIOLTI
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TIPOLOGIE
Le dighe in materiali sciolti sono classificabili in funzione della collocazione del
dispositivo di tenuta:
All’interno delSul
corpo
paramento
del rilevato
di monte
con nucleo in argilla
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TIPOLOGIE
Omogenee, permeabilità uniforme (importanza limitata)
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CRITERI DI PROGETTO
La sicurezza e la stabilità della diga deve essere garantita in tutte le fasi di costruzioni e di
vita dell’opera, pertanto:
 La diga non deve essere sormontata durante le piene (rappresenta la maggiore causa
di collasso nel mondo – 65%) – il DM2014 prevede
•
franco netto maggiore per le dighe in terra ( da 1.5 m a 3.5 m)
•
gli organi di scarico superficiale dimensionati per piene con portata al colmo
corrispondente al periodo di ritorno di 3000 anni.
•
Parte degli scarichi di superficie a soglia libera (almeno il 50% della portata di
progetto laminata)
•
Di valutare i cedimenti del corpo diga e del terreno di fondazione dopo la fine
della costruzione (inferiori a 0.5% dell’altezza della diga)
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CRITERI DI PROGETTO
La sicurezza e la stabilità della diga deve essere garantita in tutte le fasi di costruzioni e di
vita dell’opera, pertanto:
 Le scarpate a monte e a valle devono risultare stabili in tutte le fasi di costruzione ed
in tutte le condizioni operative, incluso lo svuotamento rapido– il DM2014 prevede
di individuare le superfici di potenziale scorrimento più prossime all’instabilità sia
per il solo rilevato che per l’insieme rilevato-terreno di fondazione. I coefficienti di
sicurezza saranno per la condizione A2-M2-R2 delle NTC:
•
γr = 1.1 durante la costruzione o svuotamento rapido
•
γr = 1.2 per serbatoio pieno.
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CRITERI DI PROGETTO
Per valutare la stabilità delle scarpate (a monte e a valle della diga) occorre:
Determinare la posizione della linea piezometrica (freatica) all’interno del corpo diga e
quindi i valori della pressione interstiziale nella diga e nei terreni di fondazione
Si utilizzano modelli matematici agli elementi finiti che si basano sulla legge di Darcy
per il flusso di acqua attraverso terreni saturi e non saturi (diversi strati con differenti
valori di permeabilità, geometrie complesse) – SEEP/W.
V=k×i
V – Velocità di filtrazione
K – coefficiente di permeabilità
I – pendenza piezometrica o del carico totale
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CRITERI DI PROGETTO
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CRITERI DI PROGETTO - Douera
Tout-venant
Dreni orizzontali
Manto di tenuta in
Argilla compattata
Dreni
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CRITERI DI PROGETTO - Douera (Algeria)
Andamento della linea piezometrica nella condizione di serbatoio pieno (regolazione)
Q fondazione =1.44 l/s - Qnucleo = 0.16 l/s - 100 m di diga
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CRITERI DI PROGETTO - Douera (Algeria)
DM 2014
Gli scarichi a battente (fondo e mezzofondo) devono consentire lo
svuotamento del 75% del volume di invaso del serbatoio a partire dalla
quota massima di regolazione in:
 3 giorni se la capacità del serbatoio è uguale o inferiore a 50 Mm³
 8 giorni se la capacità del serbatoio è uguale o superiore a 200 Mm³
 per interpolazione nei casi intermedi
Andamento della linea piezometrica nella condizione di svuotamento rapido
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CRITERI DI PROGETTO
Per valutare la stabilità delle scarpate (a monte e a valle della diga) occorre:
 Determinare la superficie di scorrimento con il metodo dell’equilibrio limite (o delle
strisce) ed il relativo coefficiente di sicurezza:
•
Metodo di Bishop semplificato (superfici circolari, sistema di forze semplificato
tra i conci)
•
Spencer (superfici circolari, forze parallele tra i conci)
•
Morgenstern – Price (superfici irregolari)
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CRITERI DI PROGETTO - Douera (Algeria)
Serbatoio pieno
Superficie di scorrimento non circolare – Fs = 1.33 - Morgenstern-Price
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CRITERI DI PROGETTO - Douera (Algeria)
Svuotamento rapido
Superficie di scorrimento non circolare – Fs = 2.07 - Morgenstern-Price
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CRITERI DI PROGETTO
La sicurezza e la stabilità della diga deve essere garantita in tutte le fasi di costruzioni e di
vita dell’opera, pertanto:
 Il moto di filtrazione attraverso la fondazione ed il corpo diga deve essere
attentamente verificato per evitare l’erosione dello strato impermeabile (piping) e
per controllare che la quantità di acqua persa sia compatibile con il funzionamento
del sistema.
Teton River, Newdale, Idaho
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Tunbridge Dam, Tasmania, Australia
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CRITERI DI PROGETTO
Inserimento di strati filtro a valle del nucleo impermeabile, utilizzando materiale lapideo
1. sufficientemente fino per trattenere il terreno che si intende proteggere
(Nucleo o lo strato di valle)
2.
sufficientemente permeabile per consentire il passaggio dell’acqua
Dimensionamento con i seguenti metodi:
Manto di tenuta in
Argilla compattata
 USBR
2 strati
filtro gli
 Shepard Dunningan (1985) – il filtro deve essere dimensionato considerando
elementi lapidei più fini costituenti il nucleo (< 4.76mm)
e deve essere garantito rapporto D15F ≤ 9 × D85B
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