A methodology for the seismic assessment of existing earth dams in Italy

Banti, Erika

Many earth dams in Italy are located in seismic areas with a seismicity from moderate to high. Moreover, they were built several years ago when the seismic Italian zonation and the construction code were completely different. Their seismic stability has to be assessed in order to ensure the safety of urban areas in the downstream site near the reservoirs. This thesis is aimed at defining a reliable and suitable methodology for the assessment of the ultimate and serviceability limit states of existing earth dams in the light of the new seismic zonation of Italy. The core of the Thesis is a numerical study related to the investigation of the seismic response of earth dams using the finite element method. The first step consisted in the validation of the numerical method. This was performed by comparing the experimental results obtained from two different centrifuge tests with those obtained from the numerical analyses. The main goal was to identify the most relevant influential factors and select the most appropriate constitutive models. Secondly, a parametric study was carried out in order to quantify the influence of each relevant factor. The parametric study concerned two “ideal” existing strategic dams, which represent two typical dam sections in Italy. They are located in the south of Italy, in a site which is exposed to high seismic risk. A deterministic spectrum-compatibility method, customized to the actual Italian regulations on structures and dams (M.LL.PP., 2008 and M.LL.PP., 2014) and to the hazard of the aforementioned site, was adopted for the selection of the input time histories. Two dimensional finite models were set up to reproduce the geometric characterization of the dam structure and its foundation. This parametric study provided a means to assess the effect of different parameters and scenarios on the seismic analysis of dams. To this aim, the results of the two dimensional analyses have been discussed focusing on the role of each factor on the response of earth dam subjected under seismic motion.

Viele Erddämme in Italien befinden sich in Erdbebengebieten mit einer Seismizität von mäßig bis hoch. Außerdem wurden sie vor mehreren Jahren gebaut, als die seismische Zonierung und die Bauvorschriften in Italien noch völlig anders waren (als in der heutigen Zeit). Ihre seismische Stabilität muss neu bewertet werden, um die Sicherheit der städtischen Gebiete im nachgelagerten Bereich in der Nähe der Stauseen weiterhin zu gewährleisten. Ziel dieser Arbeit ist es, eine zuverlässige und geeignete Methodik für die Bewertung der Grenzzustände der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit bestehender Erddämme im Hinblick auf die neue seismische Zonierung Italiens zu definieren. Der Kern der Dissertation ist eine numerische Studie zur Untersuchung der seismischen Reaktion von Erddämmen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode. Der erste Schritt bestand in der Validierung der numerischen Methode. Diese wurde durchgeführt, indem die Versuchsergebnisse von zwei verschiedenen Zentrifugentests mit den Ergebnissen der numerischen Analysen verglichen wurden. Das Hauptziel bestand darin, die wichtigsten Faktoren zu identifizieren und die am besten geeigneten konstitutiven Modelle auszuwählen. Des Weiteren wurde eine parametrische Studie durchgeführt, um den Einfluss jedes relevanten Faktors zu quantifizieren. Die Parameterstudie betraf zwei "ideale" bestehende strategische Dämme, die zwei typischen Dammabschnitte in Italien repräsentieren. Sie befinden sich im Süden Italiens an einem Standort, der einem hohen seismischen Risiko ausgesetzt ist. Eine probabilistische Methode zur Spektralkompatibilität wurde gewählt, die angepasst an die aktuellen italienischen Vorschriften für Bauwerke und Staudämme (M.LL.PP., 2008 und M.LL.PP., 2014) und an die Gefährlichkeit des oben genannten Standorts angepasst. Zweidimensionale Finte-Elemente-Modelle wurden erstellt, um die geometrische Charakterisierung der Struktur und des Fundamentes des Dammes zu simulieren. Diese parametrische Studie diente dazu, die Auswirkungen verschiedener Parameter und Szenarien auf die seismische Analyse von Staudämmen zu bewerten. Zu diesem Zweck wurden die Ergebnisse der zweidimensionalen Analysen diskutiert, wobei die Rolle jedes Faktors auf die Reaktion von Erddämmen unter seismischer Bewegung untersucht wurde. Dafür wurden die Resultate der zweidimensionalen Analysen ausgewertet mit dem Fokus auf die Reaktionen des Dammes auf seismische Bewegungen.

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Banti, Erika: A methodology for the seismic assessment of existing earth dams in Italy. 2018.

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