La Mitigazione del Rischio Sismico delle Opere Infrastrutturali su Larga Scala

In Italia esiste un vasto patrimonio edilizio ed infrastrutturale caratterizzato da un’elevata vulnerabilità nei confronti degli eventi sismici come recentemente e tragicamente hanno mostrato gli eventi più recenti (L’Aquila 2009-Emilia Romagna 2012).

Nonostante i considerevoli avanzamenti delle conoscenze e delle tecniche costruttive, i recenti eventi hanno mostrato ancora una volta che gli effetti causati dai terremoti che colpiscono ciclicamente il nostro Paese sono devastanti anche in presenza di eventi di media intensità. Un evento sismico quale quello dell’Aquila, rappresenta infatti, seppure tragicamente, una sperimentazione sul campo della mancata applicazione di misure di prevenzione del rischio sismico del territorio.

Per quanto attiene in particolare i ponti ed i viadotti, è necessario sottolineare che, in Italia, la maggior parte delle opere d’arte presenti lungo le vie di comunicazione è stata realizzata negli anni ’60 – ’70 e quindi molte delle opere, oltre a non essere state costruite con criteri antisismici, sono prossime al termine della vita utile di progetto e quindi affette da patologie tipiche dell’invecchiamento. Per di più le condizioni manutentive si presentano generalmente carenti e ciò ne incrementa il rischio anche rispetto a cedimenti strutturali per carichi di servizio. Il collasso di un opera infrastrutturale ha generalmente conseguenze rilevanti sui flussi di traffico e, quindi, sul tessuto socio-economico di territori potenzialmente vasti. Nel caso infatti di una infrastruttura di trasporto, il dissesto di una sola opera o di un solo attraversamento può comportare l’interruzione dell’intera via di trasporto per un lungo periodo di tempo con conseguenze sulle aree interessate dalla rete cui la strada appartiene.

I ponti, quindi, rappresentano punti critici di una rete di trasporto sia su gomma che su ferro, ed il rischio economico non è connesso alla perdita diretta o al danneggiamento dell’opera stessa ma sono generalmente di gran lunga prevalenti i danni socio-economici indiretti.

Di qui l’importanza di avviare politiche di mitigazione del rischio sismico e di gestione e manutenzione delle opere d’arte, delle infrastrutture di trasporto e delle reti di servizio e di comunicazione al fine di indirizzare le risorse economiche disponibili generalmente in misura limitata. È ampiamente dimostrato come nel lungo periodo la spesa sostenuta da una collettività che attua politiche di mitigazione dei rischi è considerevolmente inferiore a quella che la stessa sosterrebbe nel caso di assenza di azioni di mitigazione.

Una nuova proposta metodologica per la gestione e la mitigazione del rischio sismico delle infrastrutture

Le perdite socio-economiche, nel caso delle opere infrastrutturali, possono essere particolarmente rilevanti in considerazione delle conseguenze che si possono generare a causa dell’interruzione dei servizi essenziali in occorrenza di un evento sismico.
Il rischio di un’infrastruttura a rete dipende dalla ridondanza del sistema ovvero dalla capacità di utilizzare opzioni o soluzioni alternative in caso di necessità per assicurare, almeno in parte, i livelli di servizio previsti, ripartendo ad esempio le funzioni su altri rami della rete. Grande importanza riveste il cosiddetto tempo di ripristino che rappresenta il tempo necessario per l’infrastruttura di risolvere l’interruzione del flusso di traffico.
Pertanto, ai fini di un’analisi di rischio sismico delle infrastrutture è necessario considerare sia aspetti areali, descrittivi delle reti nel loro complesso, che puntuali, riferiti alle singole opere d’arte presenti sulle stesse.
La metodologia proposta prevede differenti livelli di approfondimento che, sulla base delle informazioni disponibili sulla rete e sulla pericolosità sismica del territorio, consente una catalogazione delle opere in considerazione di una stima del rischio sismico cui le stesse sono soggette.

– Primo livello di approfondimento a scala territoriale

Il primo livello di catalogazione dei ponti e dei viadotti presenti sulle infrastrutture di trasporto di rilevanza nella Regione Campania si basa sulle seguenti informazioni:

• Rilevanza strategica degli assi di trasporto;
• Pericolosità sismica dei siti.

La rilevanza strategica delle infrastrutture e la pericolosità sismica delle aree possono essere combinate per una catalogazione speditiva dei tratti stradali e, quindi, delle opere d’arte. In particolare si adotta la seguente matrice di rischio che consente la catalogazione dei ponti in tre livelli di rischio decrescenti:

 

– Secondo livello di approfondimento a scala territoriale

Nota la rilevanza strategica e, quindi, il rischio dei singoli tratti della rete stradale, è possibile procedere al censimento puntuale ed alla valutazione speditiva della vulnerabilità strutturale e sismica delle opere. Tale censimento può essere attuato sulla base del rischio stimato dal primo livello di approfondimento ed in considerazione delle disponibilità economiche.
Gli attraversamenti presenti sulla rete stradale possono essere preliminarmente individuati dalle cartografie regionali disponibili a scala 1:2000-1:5000. In particolare, l’individuazione dei ponti può essere condotta mediante una procedura semi-automatizzata gestibile da un sistema informativo territoriale.

Individuate le opere d’arte si può procedere al censimento delle stesse mediante ispezioni visive al fine di raccogliere le informazioni necessarie per una stima speditiva della vulnerabilità strutturale e sismica.

A tal fine, è stata predisposta una scheda di censimento per la valutazione della vulnerabilità sismica e strutturale dei ponti/viadotti [14] che consente di raccogliere informazioni in merito ai seguenti aspetti principali:

• tipologia strutturale e schema statico;
• caratteristiche dell’impalcato, delle pile e delle spalle;
• materiali costruttivi;
• età costruttiva;
• principali dati dimensionali;
• inquadramento territoriale in relazione ai rischi presenti;
• sicurezza dei versanti;
• dati geomorfologici;
• eventuali interventi rilevanti di modifica strutturale;
• stato di manutenzione e conservazione;
• condizioni di carico nello stato di fatto;
• principali patologie.

 

In particolare, i dati raccolti con la scheda di censimento consentono di valutare i principali fattori che influenzano la vulnerabilità sismica dei ponti e dei viadotti, assegnando poi ad ogni fattore un peso e sommando tali pesi è possibile assegnare un indice di vulnerabilità ad ogni viadotto ed individuare la classe di vulnerabilità.

 

 

In definitiva, la metodologia di secondo livello prevede la stima del rischio sismico dei ponti e viadotti mediante matrici di rischio che portano in conto anche il livello di vulnerabilità delle opere.

 

 

 

Terzo livello di approfondimento – verifiche puntuali

La classificazione delle opere d’arte in una scala graduata di rischio elaborata con la procedura proposta di secondo livello, consente di individuare le opere a maggior rischio strutturale ovvero quelle che superano una soglia massima di attenzione da definire. Su tali opere andranno pertanto condotte verifiche di sicurezza puntuali in accordo ai pt. 8.3, 8.4 delle nuove Norme Tecniche per le Costruzioni [8,5].

Il risultato delle verifiche potrà comportare, in considerazione del livello di sicurezza accertato:

• la possibilità d’uso dell’opera nelle condizioni di carico attuali;
• la necessità di provvedere ad interventi di manutenzione;
• la necessità di prevedere interventi di consolidamento/miglioramento o adeguamento sismico;
• il declassamento dell’opera;
• la sostituzione dell’opera.

 

BIBLIOGRAFIA

1. AASHTO 1997. Guide for Commonly Recognized Structural Elements. Washington, DC: American Association of State Highway and Transportation Officials, Inc.
2.  Basoz, N., Kiremidji, A.S. (1997). “Evaluation of Bridge Damage Data from the Loma Prieta and Northridge, CA Earthquakes”. Report no. MCEER – 98 0004, MCEER.
3. Basoz, N., Mander, JB. (1999). “Enhancement of the Highway Transportation Lifeline Module in HAZUS”. Final Pre-Publication Draft (7) prepared for the National Institute of Building Sciences, March 31, 1999.
4. Boni M.P., Cidivini A., Pergalani F., Petrini V., “Valutazione  speditiva della vulnerabilità sismica di ponti, opere di sostegno, gallerie”, L’ingegneria sismica in Italia, XIII convegno, Bologna (2009).
5. Circolare Circolare 2 febbraio 2009, n. 617 – Istruzioni per l’applicazione delle “Nuove norme tecniche per le costruzioni” di cui al D.M. 14 gennaio 2008.
6.  Deliberazione di Giunta Regionale n°5447 del 07/11/2002 – Aggiornamento della Classificazione Sismica dei Comuni della Campania.
7. Delib. Regione Campania n. 3573 del 5/12/2003.Applicazione dell’Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n. 3274 del 20 marzo 2003. Individuazione delle categorie di edifici e opere infrastrutturali di competenza regionale di interesse strategico ai fini protezione civile in conseguenza di un eventuale collasso.
8. DM Infrastrutture 14 gennaio 2008. Norme Tecniche per le Costruzioni.
9. D.P.C.M. 21/10/2003, Disposizioni attuative dell’art. 2, commi 2, 3 e 4, dell’ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n. 3274 del 20 marzo 2003, recante «Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica».
10. D’Andrea A., Condorelli A. “Metodologie di valutazione del rischio sismico sulle infrastrutture viarie”, World Road Association – Association Mondiale de la Route – Exchange knowledge and techniques on roads and road transportation, PIARC XXI World Road Congress – Kuala Lumpur, 1999.
11. CRESME, “Rischio sismico e idrogeologico: rapporto sui settori scolastico ed ospedaliero italiano”.
12. FEMA (2003). HAZUS –MH MR1: Technical Manual, Vol. Earthquake Model. Federal Emergency Management Agency, Washington DC.
13. Gruppo di Lavoro, 1999, Proposta di riclassificazione sismica del territorio nazionale, Ingegneria Sismica, 16, 1, 5-14.
14. “Linee guida per la mitigazione del Rischio sismico delle Infrastrutture stradali Strategiche e rilevanti” Delibera G. R. Campania n. 2185 del 29.12.2006 – Convenzione del 3 Settembre 2007.
15. “Manuale per la valutazione dello stato dei ponti”, Centro Internazionale di Aggiornamento Sperimentale- Scientifico, ed.2005.
16. M. J. N. Priestley, G. M. Calvi “Seismic Design and Retrofit of Bridges”, A Wiley – Interscience Publication John Wiley & sons, inc.
17. Petrini V., Meroni S., Pergalani F., Boni M.P., Mandelli M., 2000, “Vulnerabilità sismica delle infrastrutture a rete”, Ingegneria Sismica, anno XVII, N.2
18. Progetto DPC-ReLuis 2005-2008, Linea 3: Valutazione e riduzione del rischio sismico di ponti esistenti. “Linee guida per la valutazione della sicurezza sismica dei ponti esistenti in CA, CAP e acciaio”.