Martina Colombo del Dipartimento Sviluppo Sostenibile e Fonti Energetiche di RSE ha partecipato il 13 settembre ad Atene all’International Symposium on Dams and Earthquakes, nel corso del quale ha presentato uno studio sull’analisi sismica delle dighe in calcestruzzo mediante l’utilizzo dell’approccio Extended Finite Element Method (XFEM) per analizzare la propagazione delle fessurazioni.

In Italia l’età media delle dighe esistenti in calcestruzzo si aggira intorno ai 60 anni e ci sono poche possibilità di progettare e costruire nuove dighe. Ciò significa che c’è una forte necessità di mantenere le dighe esistenti in condizioni di sicurezza, considerando in particolar modo gli effetti delle azioni sismiche, non previste in fase di progetto. La propagazione di fessure nelle dighe a gravità in calcestruzzo durante i terremoti è un problema reale e non ci sono molti studi su tale argomento.

Diversi software consentono di introdurre discontinuità geometriche nel modello (ad esempio giunti di costruzione), al fine di rappresentare fessure localizzate, ma è obbligatorio definire preventivamente la posizione della discontinuità nella mesh. Inoltre, non è possibile ricostruire il punto di innesco e la propagazione della fessura, ma solo analizzare l’apertura e lo scorrimento tra le facce della fessura in funzione dei carichi applicati, valutandone l’influenza sulla stabilità globale della struttura.

Negli ultimi anni, il metodo XFEM è stato implementato nel software Abaqus e sono disponibili due approcci per descrivere l’innesco delle cricche: un approccio coesivo e un approccio energetico basato sulla meccanica della frattura elastica lineare. Nel primo approccio, il criterio di rottura è definito a livello di proprietà del materiale; il secondo approccio definisce le condizioni di innesco della fessura attraverso le leggi che governano le interazioni tra le due facce della fessura. L’XFEM può essere utilizzato per simulare l’innesco e la propagazione della fessura lungo un percorso arbitrario, poiché la propagazione della stessa non dipende dai contorni degli elementi finiti. Questo metodo prevede la possibilità di definire geometricamente la posizione del punto di innesco della fessura oppure può generare una fessura senza tale informazione, definendo semplicemente la regione in cui si propagherà la fessura.

Per verificare la validità del metodo è stata considerata una trave in calcestruzzo semplicemente appoggiata e soggetta a spostamenti imposti: i risultati ottenuti con il metodo XFEM sono stati confrontati con quelli ottenuti con il modello elasto-plastico con danno.

Successivamente, tale confronto è stato effettuato anche analizzando lo stato fessurativo della diga di Koyna a seguito del terremoto del 1967. La fessura ottenuta al termine dell’analisi risulta in accordo con le condizioni reali della diga.