La diga Ermenek, progettata per scopi di produzione di energia idroelettrica è situata sul fiume Ermenek in provincia di Karaman in Turchia. Ha un’altezza di 210 metri dal letto del fiume, è del tipo ad arco a doppia curvatura.

Il coronamento ha uno sviluppo di circa 123 metri e 7 metri di larghezza. La quota di coronamento è di 700 m s.m.m., e si trova a circa 230 metri al di sopra del livello di fondazione. Il tipo di roccia predominante per le spalle e le fondazioni è costituita da calcare, interessato da estesi fenomeni di carsismo.

Il gruppo BM in Turchia, titolare del contratto di costruzione, ha chiesto allo scrivente di rivedere la stabilità della diga e, segnatamente, dei versanti, sulla scorta della interpretazione degli ultimi dati idraulici, idrologici, geologici e geotecnici. Si è infatti verificato che i risultati ottenuti nelle relazioni del progettista Verbundplan si basano su valori errati dei parametri geotecnici e geomeccanici della roccia di fondazione e di spalla.

Il modello FEA utilizzato in progetto è risultato molto semplificato, senza considerare tutte le discontinuità e le zone con deboli moduli di elasticità. È per questo che i risultati ottenuti da tali calcoli appaiono discutibili e non sufficientemente cautelativi. La diga progettata, concepita come una struttura ad arco a doppia curvatura in calcestruzzo, mobilita gravemente la capacità della roccia a resistere alle spinte trasferite.

La formazione geologica complessiva mostra un complesso ambiente strutturale, quasi certamente a causa degli eventi tettonici che hanno portato alla apertura della stretta gola sulla quale è impostata la diga.

Si riscontrano due diversi set di discontinuità, con presenza di materiali di riempimento, composti principalmente da strati argillosi, la cui origine deriva dall’azione di attrito durante lo spostamento della massa rocciosa e anche da fenomeni idraulico-idrogeologici di tipo carsico, ben noti.

Il comportamento meccanico delle articolazioni rocciose è fortemente condizionato dalla quantità e qualità dei materiali di riempimento, dalla natura delle superfici di contatto, dalle proprietà intrinseche di resistenza roccia e anche dal livello di pressione interstiziale.

La massa rocciosa è interessata da un ampio sistema di cavità, per la maggior parte sconosciute, le cui ampiezze variano da alcuni decimetri a parecchi metri.

Le cavità sotterranee ricevono un emissario di un lago sotterraneo di enorme capacità, scoperto alla fine degli anni ’50. Il flusso stimato attuale dell’acqua al canale di scarico è di circa 20 l/s. Purtroppo al momento dell’intervento dello scrivente nessuna indagine geofisica era stata effettuata al fine di individuare e mappare il sistema delle cavità. Né era stato sviluppato alcun modello completo interpretativo, né eseguita alcuna analisi delle sollecitazioni che tenesse conto della presenza di cavità, al fine di valutare il rischio di crollo di volte, corone o pareti di roccia e che tenesse conto del ridotto contributo di attrito in ragione dei riempimento delle cavità con materiali argillosi.

La stabilità della diga e il comportamento della roccia sono stati verificati utilizzando un modello di analisi 3D ad elementi finiti lineari. Che esamina l’interazione tra la diga e la fondazione all’interfaccia calcestruzzo-roccia nonché tra i cunei formati dai piani delle articolazioni della roccia. Il modello è basato su un’analisi elastica lineare, e simula anche l’effetto degli ancoraggi di cucitura della roccia proposti dallo scrivente e di stabilizzazione e della roccia di supporto. Il modello ha esaminato in totale ha oltre 30.000 elementi e circa 60.000 nodi.

Le analisi hanno simulato il distacco del cuneo lungo la superficie non legata mediante i nodi corrispondenti. I parametri assunti sono i seguenti: parametri:  c’=0.20 MPa and f_p= 37°; attrito residuo:   f_r= 30°.

La valutazione della stabilità complessiva sulla base dei risultati di analisi FEA ha fornito i seguenti valori numerici: N= 2957 MN normal force, S= 2794 MN shear force, A= 5300 m² area of the joint. I valori dei fattori di sicurezza in condizioni di picco e residua sono: FS_p=1.18 and FS_r=0.71.

Sulla base della revisione e dell’analisi dei risultati ottenuti dal nuovo modello di analisi è apparso evidente che vi era un serio problema di instabilità sulla spalla destra. Tali risultati sono stati confermati anche dalla applicazione di modelli di calcolo alternativi. Tutti i risultati hanno fornito coefficienti di sicurezza inaccettabili.

Questi risultati dimostrano che le deformazioni differenziali, a partire da 10 mm, alla spalla destra, inducono enormi sollecitazioni di trazione sulla volta di monte della diga, abbastanza grandi da causare fessurazioni nel paramento di monte in calcestruzzo. Sono stati quindi proposti importanti interventi di cucitura della roccia in spalla destra. I cui effetti sono quelli di ricondurre a coefficienti di sicurezza accettabili.

L’altro problema importante che è stato esaminato e valutato è stata quello dei moti di filtrazione. Aspetto che può creare notevoli perdite di producibilità energetica, nonché un problema di stabilità generale a causa di possibili fenomeni di sifonamento del formazioni argillose presenti nelle cavità carsiche che caratterizzano la roccia in spalle e fondazioni della diga.

I costi relativi agli interventi individuati per la eliminazione delle filtrazioni è risultato ampiamente ripagato dalla riconquistata produttività idroelettrica, potendo contare su maggiori volumi turbinati.

Riferimenti bibliografici

Ermenek Dam Hydroelectric Power Plant Stability review and assessment of final design: Hydroarch and Tecsult Final Report – Novembre 2007, 108 pagine.