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Studio parametrico sull’influenza della curva di ritenzione idrica sulla risposta sismica delle dighe in terra
Una diga in terra può presentarsi con ampie zone in uno stato di parziale saturazione. L’estensione di esse è influenzata dalla tipologia di diga e da come le condizioni di esercizio si sono evolute nell’ultimo periodo. Prevedere in modo accurato la risposta di una diga sottoposta all’azione di carichi statici e sismici non può prescindere dall’assunzione di modelli in grado di portare in conto gli effetti di tale stato di parziale saturazione, e le recenti formulazioni accoppiate trifase implementate in codici commerciali sembrano risultare idonee allo scopo. In esse è incorporata la curva di ritenzione idrica (SWRC), che deve essere pertanto caratterizzata e fornita in input per i diversi materiali costituenti il corpo diga. Tale curva influenza i risultati attraverso il condizionamento delle proprietà idrauliche, in particolare il coefficiente di conducibilità idraulica e i volumi di acqua mobilitati per il riequilibrio. In virtù dell’accoppiamento idromeccanico la curva di ritenzione influenza i risultati anche agendo sulla risposta in termini di tensioni e deformazioni. L’articolo illustra i risultati di uno studio parametrico condotto su una diga in terra zonata al fine di valutare gli effetti dell’andamento della curva di ritenzione idrica assegnata ai diversi materiali sulla risposta sismica dell’opera. Lo studio è stato condotto utilizzando un modello accoppiato trifase nel quale sono incorporati la curva di ritenzione idrica e il legame costitutivo elastoplastico incrudente Hardening-Soil-Small- Strain. La geometria della diga e i parametri assegnati ai diversi materiali sono relativi a una diga reale, al fine di incardinare lo studio parametrico in un contesto realistico.
Earth dams often exhibit partially saturated conditions throughout large sections of the embankment. The extent of these zones depends on the dam characteristics and stage of life. To reliably predict the dam response to static and seismic loads, it is essential to model the effects of partial saturation using coupled three-phase formulations to solve the boundary value problem. These formulations incorporate the soil water retention curve (SWRC) as an essential component. This property not only plays a key role in determining the hydraulic behaviour of the dam but also influences its stress and deformation response through hydro-mechanical coupling. However, the extent of this influence remains poorly understood. This paper presents a numerical study investigating how the water retention properties of construction materials affect the seismic response of a zoned earth dam. The study uses a commercial finite element code to solve a coupled three-phase approach, incorporating soil water retention curves and an advanced constitutive model for the soil skeleton. The dam geometry and soil parameters are based on a real dam to ensure a realistic context without aiming to interpret that specific case. The simulation of the static stages incorporates soil-water retention properties related to the actual grain size distribution of the dam materials, establishing pre-seismic suction conditions. For the seismic stages, the simulation considers different water retention properties, either those from the static stages or those induced by hypothetical scenarios involving erosion, transport, and deposition, which alter the grain size distribution of the core and shell materials. The parametric study shows that specific soil water retention patterns significantly impact the stress distribution and deformation mode of the dam embankment during seismic events.
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