Verifica delle opere di sbarramento di dighe artificiali

diga_rifatta

Il criterio di verifica delle opere di sbarramento di dighe artificiali descritto di seguito è valido per tutte quelle opere con altezza di ritenuta inferiore a 15 metri.

Da un punto di vista statico, un giudizio globale sulle condizioni di stabilità dell’opera può dedursi da un procedimento approssimato che suddivide la diga in due parti, l’una di monte e l’altra di valle, da esaminare separatamente. La suddivisione è indicata nello schema della Figura 1: la parte RMN è divisa dalla parte posteriore MNS da un piano verticale avente per traccia la retta MN.

Il problema resta così diviso in due problemi parziali, che verranno risolti facendo riferimento all’unità di spessore della diga.

 

Figura 1

La parte a valle MNS agisce da sostegno della parte a monte premuta dall’acqua: la forza resistente che si oppone alla spinta trasmessa dalla parte a monte si manifesta, in corrispondenza di ogni quota, come uno sforzo di taglio agente lungo la sezione orizzontale di base (sezione maggiormente sollecitata).

Le condizioni di verifica dovranno essere soddisfatte a: serbatoio pieno, serbatoio vuoto, serbatoio rapidamente svuotato.

SERBATOIO PIENO
La condizione di verifica vine espressa dalla disuguaglianza:

Tv ≤ Rv

Tv= S+Fo+Fv+Fs+FT rappresenta lo sforzo totale di taglio agente sulla base NS e risulta costituito dalle seguenti azioni:

S          spinta idrostatica dell’acqua invasata
FO        azione sismica orizzontale della massa strutturale
FV        azione sismica verticale della massa strutturale
FS        azione inerziale dell’acqua invasata (si rimanda al DM 26 giugno 2014-Norme tecniche per la progettazione e la costruzione degli sbarramenti di ritenuta )
FT        spinta del terreno a monte della sezione MN

 

Rv rappresenta invece la resistenza che il materiale è capace di sviluppare, si compone di una componente attritiva e di una  coesiva:

Rv=Pvs)·tanφ+c’·bv

Pv       risultante delle azioni verticali funzione di γs
c’      coesione

SERBATOIO VUOTO
Lo sforzo di taglio totale Tm agente sulla sezione di base è dato dalla relazione:

Tm=Fo+Fv+FT

La resistenza è espressa dalla:

Rm=Pm (γa)·tanφ+c’·bv

Pm       rappresenta la risultante delle azioni verticali funzione di γa

SERBATOIO RAPIDAMENTE SVUOTATO
In questa condizione viene a mancare improvvisamente l’azione  di sostegno esercitata dalla spinta idrostatica contro il paramento a monte, mentre il corpo arginale che non  ha avuto il tempo di svuotarsi per filtrazione, resta imbevuto d’acqua. Lo sforzo di taglio totale Tm agente sulla sezione di base della porzione di monte è definito come:

Tm=[0.5·γS·H21·KA+0.5·γW·(2/3·H)2+kh·A(RTMSR)·γg]

La resistenza Rm si esprime con la formula:
Rm=Pmg)·tanφ

Pm      rappresenta la risultante delle azioni verticali funzione di γg

Il calcolo idraulico di una diga in terra riguarda tre problemi: individuazione della cosiddetta “linea di saturazione”, calcolo della portata di filtrazione, verifica a sifonamento.

La linea di saturazione rappresenta la più alta linea di flusso del moto filtrante, al di sotto di tutti i punti della linea di saturazione il materiale è saturo d’acqua e in condizioni idrostatiche mentre al di sopra la pressione manca.

E’ una curva convessa verso l’alto, può essere determinata graficamente come indicato in Figura 2.

Per stimare la portata di filtrazione per unità di spessore d’argine occorre conoscere il valore della lunghezza media del percorso di filtrazione, per tale scopo si rimanda alle relazioni empiriche disponibili in letteratura tecnica.

Attraverso tale grandezza è possibile quantificare la portata con la seguente relazione:

Q=4/9·(k·H2/L)

k  è la media geometria dei due coefficienti k kv , coefficiente di permeabilità ideale costante in tutte le direzioni.

dove:
L                 lunghezza media del percorso di filtrazione

 

Figura 2

La verifica a sifonamento viene effettuata utilizzando la relazione empirica di Bligh nella forma:

L> cm·H

dove:
La  sviluppo perimetrale del profilo di fondazione
cm        rapporto critico di trascinamento, dipende dalla natura del terreno, può assumere valori compresi fra un massimo di 20 per materiale incoerente finissimo e un minimo di 4 per le argille molto dure e compatte.

 

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