In Italia l’età media delle dighe di calcestruzzo esistenti è di circa 65 anni e sono poche le possibilità di progettare e costruire nuove dighe. Ciò significa che è forte la necessità di mantenere le dighe esistenti in condizioni di servizio sicure, considerando in particolare gli effetti dei carichi sismici, non sempre previsti in fase di progettazione. La modellizzazione del comportamento fessurativo delle dighe di calcestruzzo durante i terremoti è un problema complesso e può essere affrontato con modelli basati sia sull’approccio discreto (discrete crack approach) sia sull’approccio diffuso (smeared crack approach).

Altrimenti, la risposta non lineare delle dighe può essere valutata mediante discontinuità geometriche, ma in questo caso è obbligatorio definire preventivamente la  loro posizione nella mesh; inoltre, non è possibile definire il punto di innesco e la propagazione della fessura, ma solo analizzare l’apertura e lo scorrimento tra le sue facce, valutandone l’influenza sulla stabilità globale della struttura.

In questo articolo è stato adottato l’eXtended Finite Element Method (XFEM), una tecnica numerica basata sull’approccio discreto, per analizzare la propagazione delle fessure. Questo metodo, innovativo nel mondo dell’ingegneria delle dighe, è disponibile nel codice commerciale ad elementi finiti Abaqus: per descrivere l’innesco e la propagazione della fessura vengono implementati sia un approccio coesivo sia un approccio energetico basato sulla meccanica della frattura elastica lineare. L’XFEM può essere molto efficace per simulare le fessure, poiché non è necessario che la propagazione della fessura segua i confini dell’elemento della mesh.

Il metodo consente di assegnare la posizione da cui avrà inizio la fessura, ma può anche generare una fessura senza conoscere il punto di innesco, definendo solo la regione in cui essa avrà inizio e si propagherà.

Per verificare la validità del metodo, è stata considerata una trave piana in calcestruzzo semplicemente appoggiata e soggetta a spostamenti imposti; successivamente, è stato simulato il comportamento fessurativo della diga di Koyna durante il terremoto del 1967.

I risultati ottenuti con il metodo XFEM sono stati confrontati con quelli ottenuti con il modello Concrete Damage Plasticity, basato sull’approccio diffuso.