Procedura probabilistica per la valutazione di ponti danneggiati da un evento sismico

Memoria tratta dagli atti del XV Convegno ANIDIS, Padova 2013
 
Questo studio riguarda una nuova procedura probabilistica per valutare ponti esistenti stradali/ferroviari dopo un evento sismico per mezzo di curve di fragilità analitiche e ispezioni sulla struttura.
In particolare, la valutazione riguarda ponti esistenti in calcestruzzo armato aventi uno schema strutturale comune in Italia (ponti multicampata in semplice appoggio).
 
La procedura è composta di 6 fasi.
 
Le prime due sono una sorta di lavoro preliminare da svolgere prima che l’evento sismico accada: l’impostazione di un database per raccogliere tutte le informazioni riguardo i ponti di una specifica rete stradale/ferroviaria (fase 1) e la costruzione delle curve di fragilità per ciascun ponte (fase 2). In merito a quest’ultima fase, è presentato uno studio sulla costruzione delle curve di fragilità, considerando differenti modellazioni numeriche e interventi di adeguamento con materiali FRP.
Le altre fasi riguardano le attività di emergenza e post-emergenza dopo un evento sismico. La fase 3 suggerisce un metodo per decidere se iniziare le ispezioni su un ponte in relazione all’intensità sismica del terremoto accaduto; se l’intensità sismica raggiunge una certa soglia, la fase 4 indica come effettuare le ispezioni visive sui manufatti, a livello probabilistico, e come generare le curve di fragilità dei ponti eventualmente danneggiati.
La fase 5, poi, concerne un metodo per decidere se permettere o meno il traffico sui ponti dopo l’evento sismico, mentre la fase 6 fornisce informazioni riguardo possibili vantaggi economici, che derivano da un confronto tra costi di ricostruzione e costi di riparazione con FRP. Le ultime due fasi forniscono informazioni utili agli enti gestori per ottenere un’organizzazione ottimale della rete stradale/ferroviaria nelle fasi post sisma.
 
1. INTRODUZIONE
Molti eventi naturali (e.g. terremoti, alluvioni, uragani, tsunami, etc.) causano perdite di vite umane e danni economici, dovuti principalmente al ripristino degli edifici, delle reti di trasporto, acqua, gas e telecomunicazioni. Le fasi di emergenza e post emergenza, quindi, assumono un’importante funzione per la pianificazione dei soccorsi e la riduzione dei disagi. In particolare, le reti di trasporto giocano un ruolo fondamentale perché permettono ai soccorritori di raggiungere le zone disastrate, fornire aiuto alla popolazione e ripristinare i servizi danneggiati. In relazione ad un evento sismico, i ponti sono considerati gli elementi più vulnerabili all’interno di una rete di trasporto, perciò la valutazione della loro vulnerabilità sismica risulta indispensabile per una corretta pianificazione delle fasi post sisma e per definire una corretta priorità degli interventi di ripristino. Per raggiungere tale obiettivo è necessario considerare le curve di fragilità, uno degli strumenti più utili per stimare la vulnerabilità sismica di ponti esistenti (Shinozuka et al. 2000a, Monti and Nisticò 2002, Franchin et al. 2006, Lupoi et al. 2006, Padgett and DesRoches 2008, Carturan et al. 2013, Zanini et al. 2013). Le curve di fragilità sono grafici che esprimono la probabilità condizionata di un manufatto di eguagliare o eccedere un certo livello di danno (o performance level, PL) per diverse intensità dell’azione sismica (Figura 1), e.g. espressa in accelerazione massima al suolo, PGA, o in accelerazione spettrale ad 1s, Sa(1s).
Da questa definizione si evince che è necessario un approccio di tipo probabilistico perché diverse variabili entrano in gioco, e.g. l’intensità dell’azione sismica e le caratteristiche degli elementi strutturali.
Vista l’importanza dell’argomento, questo studio è focalizzato sulla stima della vulnerabilità sismica di ponti esistenti in calcestruzzo armato, in particolare manufatti con schema strutturale tipico in Italia (ponti multicampata in semplice appoggio), per mezzo di una nuova procedura probabilistica basata su ispezioni della struttura e costruzione di curve di fragilità analitiche. In particolare, la valutazione della vulnerabilità sismica riguarda ponti danneggiati dopo un evento sismico: lo scopo è di fornire informazioni utili ai gestori della rete per decidere se permettere il traffico sui ponti danneggiati e se riparare immediatamente i manufatti. I risultati di questa nuova procedura possono essere utilizzati anche per pianificare al meglio le fasi di emergenza, post emergenza e le priorità d’intervento, al fine di ottenere un’ottima gestione della rete e delle spese.
 
 
2 LA PROCEDURA PROBABILISTICA
La procedura probabilistica qui descritta è formata da sei fasi e riguarda principalmente la valutazione di ponti danneggiati da un evento sismico e possibili decisioni d’intervento, al fine di gestire in modo ottimale la rete di trasporto e le risorse economiche.
 
Le prime due fasi di questa procedura suggeriscono come raccogliere e catalogare in un database informazioni sui manufatti esistenti, e.g. schemi statici, proprietà dei materiali, vulnerabilità sismica, etc. Nella pianificazione delle attività in emergenza e post-emergenza (dopo un evento sismico) è importante poter reperire velocemente informazioni utili sui manufatti della rete di trasporto.
 
Le altre quattro fasi della procedura, invece, riguardano le attività da svolgere dopo un sisma:
metodologia per decidere se intervenire sui manufatti esistenti con metodi di valutazione non distruttivi (fase 3), e.g. ispezioni visive, costruzione delle curve di fragilità dei ponti danneggiati considerando le incertezze sui metodi di valutazione (fase 4), metodologia per decidere se permettere il traffico sui ponti danneggiati (fase 5) e metodologia per decidere se riparare immediatamente i ponti danneggiati (fase 6).
 
Ciascuna fase della procedura è descritta qui di seguito.

 

L’approfondimento sulle curve di fragilità è stato condotto in un ponte caso studio le cui caratteristiche derivano dal ponte di Fener, che attraversa il fiume Piave e collega le province di Treviso e Belluno