Tutto sulla manutenzione di ponti e viadotti stradali e ferroviari

In questo approfondimento l'ing. Guido Caposio, partendo dalla definizione di vita utile del corpo stradale sia ordinario che specializzato, prende in considerazione le varie normative di settore per incentrarsi sull’impostazione metodologica e operativa delle Linee Guida che, partendo dal semplice censimento delle opere d’arte da analizzare con classificazione della relativa condizione di rischio potenziale, permette di pervenire, nei casi previsti dalla metodologia stessa, alla verifica di sicurezza per valutare le condizioni di esercizio delle opere d’arte.

Un bellissimo viaggio di oltre 69 pagine nel mondo delle infrastrutture stradali e ferroviarie che ad oggi contano oltre km 171.988 di rete stradale (escluse quelle comunali) e ca 16.787 km di rete ferroviaria. 


Come garantire la vita nominale di un'opera infrastrutturale

Secondo i moderni criteri di progettazione, basati su principi di natura probabilistica, un’opera d’arte di qualsiasi rete infrastrutturale, dovrebbe, durante la sua vita nominale, rimanere idonea all’uso per cui è stata progettata e sopportare con un adeguato margine di sicurezza tutte quelle condizioni che potrebbero mettere in pericolo la vita delle persone. Dunque un’opera d’arte, durante la sua vita nominale (limite convenzionale durante il quale l’opera d’arte è sottoposta a interventi di manutenzione) non dovrebbe subire alcun danno o problematica derivante dall’uso della stessa.

In seguito a eventi eccezionali, o semplicemente più gravosi rispetto alla condizione normale di esercizio oppure anche dopo una parziale azione di degrado, l’opera d’arte anche se danneggiata non dovrebbe crollare.

Esistono, comunque, delle condizioni, per l’opera d’arte, di rischio potenziale che dovrebbero richiedere un obbligo di attenzione (da stabilirsi sul piano contrattuale dell’esercizio e da integrare in termini di responsabilità sul piano normativo) in un ambito temporalmente definito da parte dell’ente gestore dell’opera e che, se raggiunte, porrebbero l’opera in una situazione di difetto nella risposta alla garanzia di stabilità di componenti o dell’opera stessa.

ATTENZIONE. Si ricorda comunque che qualora le verifiche agli SLU non dovessero essere soddisfatte è prescritto l’obbligo nel capitolo 8.3 delle NTC 2018, di prevedere interventi di miglioramento o adeguamento strutturale.

Il controllo sulle condizioni di stabilità delle opere d’arte è un’attività di particolare rilevanza per gli operatori e i responsabili dei Sistemi di Gestione della Sicurezza sulle reti delle infrastrutture nazionali.

Le tematiche di interesse riguardano: 

  • l’analisi del quadro normativo e delle linee guida per la classificazione e gestione del rischio con valutazione della sicurezza e monitoraggio dei ponti esistenti (settore infrastrutture stradali);
  • l’illustrazione delle procedure e delle modalità operative adottate nel contesto dell’infrastruttura ferroviaria nazionale, con riferimento ai casi applicativi. 

Alle finalità del compito conoscitivo viene in aiuto l’impostazione metodologica e operativa delle Linee Guida che, partendo dal semplice censimento delle opere d’arte da analizzare con classificazione della relativa condizione di rischio potenziale ovvero con la determinazione della loro classe di attenzione, permette di pervenire, nei casi previsti dalla metodologia stessa, alla verifica di sicurezza per valutare le condizioni di esercizio delle opere d’arte.

La metodologia prevede 6 livelli di analisi differenti aventi grado di approfondimento e complessità crescenti:

  • il livello 0 per l’analisi della geolocalizzazione e censimento;
  • il livello 1 per lo studio di ispezioni visive dirette con un primo rilievo della struttura e delle caratteristiche geo-morfologiche, idrologiche e idrauliche dell’area e schede di difettosità;
  • il livello 2 di analisi permette di giungere alla classe di attenzione (rischio potenziale su parametri di pericolosità, vulnerabilità ed esposizione);
  • il livello 3 per l’analisi dell’esecuzione di valutazioni preliminari della sicurezza;
  • il livello 4 per lo studio di valutazioni accurate secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni;
  • il livello 5 di analisi non è esplicitamente trattato nelle Linee Guida perché da applicarsi ai ponti considerati di rilevanza strategica al fine di garantire i collegamenti essenziali nell’ambito della rete stradale. 

Nella Parte III delle linee guida viene trattato l’argomento relativo al Sistema di sorveglianza e monitoraggio delle opere d’arte. Il modello di sistema di sorveglianza comprende il monitoraggio occasionale e il monitoraggio permanente con attività di ispezione periodica, da condurre secondo metodologie tradizionali.

Il monitoraggio occasionale consiste nell’installazione di un sistema Structural Health Monitoring (SHM) per una durata limitata (da alcuni mesi ad alcuni anni) con l’eventuale ripetizione dell’installazione a intervalli più o meno regolari di tempo (monitoraggio periodico). 

Il monitoraggio permanente consiste nell’adozione di una strategia, in cui il sistema hardware/software è concepito per rimanere operativo per lunghi periodi sino a coprire tutta la vita di servizio di un’opera d’arte.

 

Le infrastrutture viarie: i numeri

Il sistema nazionale di infrastrutture viarie è costituito dalla rete di trasporto ferroviario (RFI e Ferrovie isolate) e dalla rete stradale.

RFI - Rete ferroviaria italiana (Infrastruttura Ferroviaria Nazionale) si sviluppa per 16.787 km dei quali 12.022 km elettrificati, con 3.236 stazioni viaggiatori ed è costituita da: 

  • 6.475 Km di linee fondamentali, caratterizzate da un’alta densità di traffico e da una elevata qualità dell’infrastruttura, che comprendono le direttrici internazionali e gli assi di collegamento fra le principali Città italiane;
  • 9.360 km di linee complementari (linee secondarie, linee a scarso traffico, linee a spola con minori livelli di densità di traffico), che costituiscono la maglia di collegamento nell’ambito dei bacini regionali e connettono tra loro le direttrici principali;
  • 952 Km di linee di nodo che si sviluppano all’interno di grandi zone di scambio e collegamento tra linee fondamentali e complementari situate nell’ambito di aree metropolitane;
  • 9.168 km di linee a semplice binario;
  • 7.619 km di linee a doppio binario;
  • 5.443 passaggi a livello;
  • 18.847 ponti, viadotti, gallerie (Figura 1); 
  • 30.818 scambi o intersezioni.

Le Ferrovie isolate hanno uno sviluppo di 1.130 km, con 288 stazioni e sono attrezzate con:

  • 944 passaggi a livello;
  • 1.529 ponti, viadotti, gallerie.

Il Gruppo Ferrovie dello Stato S.p.a. assicura al sistema dei trasporti la circolazione di circa 9.200 treni al giorno, per un totale di 472 milioni di viaggiatori e 88 milioni di tonnellate di merci trasportate in un anno.

Esso dispone di un parco di circa 75.000 rotabili ed effettua anche un servizio traghetti per la Sardegna e attraverso lo Stretto di Messina.

La rete stradale italiana primaria (esclusa quella comunale) ha uno sviluppo pari a km 171.988, così ripartiti:

  • autostrade km 6.966, incluse quelle in gestione ANAS;
  • altre strade di interesse nazionale km 29.331;
  • strade regionali e provinciali km 135.691;

                                                                        

manutenzione-ponti-caposio-2.JPG

Figura 2

 

Se al dato di sviluppo della rete stradale italiana primaria si volesse aggiungere anche quello relativo all’estensione delle strade di competenza dei comuni capoluogo di provincia o città metropolitane pari a 74.734 km, il totale assommerebbe a 246.722 km.

Si evidenzia che non esiste il censimento dello sviluppo totale della rete stradale comunale, che comprende strade urbane, extraurbane e vicinali.

Ricordando il numero totale dei comuni capoluoghi di provincia pari a 107 con una rete comunale censita al 2019 di 74.734 km su un numero complessivo di comuni pari a 7.914, lo sviluppo totale delle strade comunali (esclusi i comuni capoluogo di provincia o città metropolitane) è stimabile oltre 710.000 km.  Dunque lo sviluppo totale della rete stradale italiana comprensiva di quella comunale supera i 960.000 km, con un numero di ponte e viadotti superiore a 1,5 Mio (Figura 2) di cui solo 60.000 monitorati.

 

La sovrastruttura viaria specializzata: ponti, classificazione e vincoli di esercizio

La sovrastruttura stradale e ferroviaria viene talvolta attrezzata con la realizzazione di sottostrutture specializzate definite “opere d'arte principali”, espressione sintetizzata con il termine “ponti”.

Tali opere si eseguono per:  

  • il superamento di discontinuità sul terreno quali corsi d’acqua, depressioni, aree urbanizzate; 
  • esigenze di esecuzione della sovrastruttura stradale e ferroviaria su rilevato oltre una quota limite, cavalcamento di opere o manufatti.

Le opere d'arte principali sono classificabili in tre tipologie differenziate:  

  • ponti che vengono realizzati per il superamento di tratte di vie d’acqua: fiumi, laghi, mare.
    I vincoli progettuali e di esercizio sono principalmente di natura idraulica (compatibilità idraulica):
    • eventi di massima piena;
    • livello massimo del pelo libero dell’acqua;
    • scalzamento delle fondazioni in alveo;
    • franchi necessari che permettano l’eventuale navigazione;
    • rischio di erosione degli elementi strutturali;
  • viadotti che sono realizzati per il superamento di tutte le altre discontinuità del terreno, quote limiti di rilevati e opere o manufatti;
  • cavalcavia che vengono realizzati per il superamento di una via di comunicazione (strada, ferrovia).

I vincoli di progetto e di esercizio dei viadotti e dei cavalcavia sono principalmente quelli relativi alla protezione delle pile e spalle da urti accidentali nonché il rispetto delle sagome limiti dei veicoli in transito.

La classificazione di ponti e viadotti stradali e ferroviari in base alla via servita si specializza in relazione al materiale impiegato e allo schema statico utilizzato.

I materiali per la realizzazione delle opere d’arte principali sono:

  • legno;
  • muratura;
  • calcestruzzo (ordinario e precompresso); 
  • acciaio;
  • struttura mista (acciaio – calcestruzzo).

Una ulteriore specializzazione della classificazione delle opere d’arte si opera in base allo schema statico utilizzato (Figura 3), ossia in relazione ai meccanismi attraverso cui i carichi gravitazionali e orizzontali si trasferiscono alla fondazione e più precisamente:

  • ponti e viadotti a travata;
  • ad arco;
  • a telaio;
  • strallati;
  • sospesi. 

Nella rete stradale ponti, viadotti stradali, cavalcavia, sulla base dei carichi mobili ammessi al transito, si possono classificare in relazione alla tipologia di via servita nelle tre seguenti categorie:

  • prima categoria
    ponti per il transito dei carichi mobili secondo gli schemi di carico indicati dalle NTC 2018 con il loro intero valore;
  • seconda categoria
    come sopra, ma con valori ridotti dei carichi;
  • terza categoria
    ponti per il transito del solo carico costituito dalla folla compatta (passerelle pedonali). L’accesso ai ponti di terza categoria di carichi diversi da quelli di progetto deve essere materialmente impedito.

Ai fini dell’esercizio su ogni manufatto deve essere applicato un contrassegno permanente, chiaramente visibile, indicante la categoria e l’anno di costruzione del ponte.

Il transito di carichi eccezionali, il cui peso, sia totale che per asse, ecceda quelli previsti per la relativa categoria di progettazione, deve essere autorizzato dall’ente proprietario della strada, secondo le vigenti norme sulla disciplina della circolazione stradale.

 

manutenzione-ponti-caposio-3.JPG

Figura 3

 

Nella rete ferroviaria ponti, viadotti stradali, cavalcavia si possono classificare in relazione alla via servita con le diverse tipologie di traffico ferroviario, normale e pesante, utilizzando i tre seguenti modelli di carico:

  • LM 71, che schematizza gli effetti statici prodotti dal traffico ferroviario normale;
  • SW, in due distinte configurazioni denominate:  
    • modello di carico SW/0.
      Il modello di carico SW/0 schematizza gli effetti statici prodotti dal traffico ferroviario normale per travi continue (esso viene utilizzato solo per le travi continue qualora più sfavorevole dell’LM71);
    • o modello di carico SW/2.
      Il modello di carico SW/2 schematizza gli effetti statici prodotti dal traffico ferroviario pesante.

I valori dei suddetti carichi dovranno essere moltiplicati per un coefficiente di adattamento “α”, variabile in ragione della tipologia dell’infrastruttura (ferrovie ordinarie, ferrovie leggere, metropolitane, ecc.).

Il corpo viario (stradale e ferroviario), quando si identificano esigenze di stabilità, di contenimento del suo volume, di sicurezza per il traffico, viene attrezzato con: 

  • opere di sostruzione dei terreni (muri di sostegno, muri di sottoscarpa, muri di controripa, diaframmi, berlinesi, paratie, palificate, opere composite); 
  • opere di contenimento laterale bordo strada (dispositivi di ritenuta veicolari e pedonali).

Inoltre, ove necessario, il corpo viario viene implementato con:

  • opere d’arte minori (tombini, ponticelli, attraversamenti stradali, idraulici, faunistici, per opere impiantistiche);
  • opere di rete per la raccolta e smaltimento di acque superficiali o profonde;
  • opere di presidio per contrastare gli effetti negativi indotte dalle precipitazioni nell’intorno e sul corpo stradale;
  • opere di contenimento valanghe. 

Nel caso di esigenze di localizzazione della via ad una quota di trincea inferiore ad un certo livello, per l’attraversamento di una corrugata morfologia del terreno o per motivi di protezione e sicurezza, il corpo stradale e ferroviario viene corredato con:

  • opere in sotterraneo e più specificatamente con gallerie naturali, artificiali, cunicoli.

...CONTINUA

di seguito l'indice dell'approfondimento

INDICE

  1. LE INFRASTRUTTURE VIARIE
  2. LA SOTTOSTRUTTURA VIARIA SPECIALIZZATA: PONTI, CLASSFCAZIONE E VINCOLI DI ESERCIZIO
  3. PREMESSA METODOLOGIA AL QUADRO NORMATIVO SU PONTI E VIADOTTI
  4. CRONOLOGIA E DISPOSIZIONI DEL QUADRO NORMATIVO SUL CONTROLLO DELLA STABILITÀ DELLE OPERE D’ARTE
  5. SPECIFICHE E ISTRUZIONI DI INDIRIZZO SULLE OPERE D’ARTE DELLA RETE PUBBLICATE DA RFI
  6. LE LINEE GUIDA SUI PONTI E IL PARERE DEL CONSIGLIO SUPERIORE DEI LAVORI PUBBLICI N. 54/2019
  7. IL LIVELLO 0 DELLE LINEE GUIDA: GUIDA DI GEOLOCALIZZAZIONE E CENSIMENTO
  8. IL LIVELLO 1 DELLE LINEE GUIDA: LE ISPEZIONI VISIVE DIRETTE, PRIMO RILIEVO E SCHEDE DI DIFETTOSITÀ
  9. IL LIVELLO 2 DELLE LINEE GUIDA: LA CLASSE DI ATTENZIONE
  10. IL LIVELLO 3 DELLE LINEE GUIDA: ESECUZIONE DI VALUTAZIONI PRELIMINARI DELLA SICUREZZA
  11. IL LIVELLO 4 DELLE LINEE GUIDA: ESECUZIONE DI VALUTAZIONI ACCURATE SECONDO LE NTC2018
  12. IL LIVELLO 5 DELLE LINEE GUIDA E SISTEMA DI SORVEGLIANZA E MONITORAGGIO
  13. STUDIO DEI REQUISITI ORDINARI DEL CORPO STRADALE SPECIALIZZATO E DEI RELATIVI INDICATORI DI STATO
  14. VITA NOMINALE DI PROGETTO, VITA UTILE EFFETTIVA, VITA RESIDUA
  15. REQUISITI ORDINARI DELLE OPERE D’ARTE
  16. DECADIMENTO DEI REQUISITI ORDINARI DEL CALCESTRUZZO ARMATO
  17. CONSEGUENZE DEI FENOMENI CORROSIVI
  18. VALUTAZIONE DEI REQUISITI ORDINARI DELLE OPERE D’ARTE CON INDICATORI DI STATO
  19. USO DELLE NUOVE TECNOLOGIE A SERVIZIO DELLA MANUTENZIONE
  20. OBBLIGHI, RESPONSABILITÀ IN BASE ALLA NORMATIVA VIGENTE
  21. LE ORIGINI E LE APPLICAZIONI DELLE PROCEDURE BMS SULLE OPERE D’ARTE
  22. CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE

SCARICA L'APPROFONDIMENTO IN PDF 

Si ringrazia l'Ordine degli Ingegneri di Torino per la gentile collaborazione