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Criteri per una progettazione sostenibile di Ponti e Viadotti. Carlo Beltrami

Durante il SAIE a parlare di progettazione di Infrastrutture è intervenuto Carlo Beltrami, di Lombardi Ingegneria.
La conversazione è avvenuta all’interno dell’evento PNRR ED EVOLUZIONE DELLE INFRASTRUTTURE IN C.A. E C.A.P.
organizzato da AICAP e CTE in collaborazione con SAIE e INGENIO Mercoledì 19 ottobre 2022 presso l'Arena CarbonCure.
Ha moderato Alfredo Martini, Direttore AIS.

Carlo Beltrami di Lombardi Ingegneria ha avviato la sua relazione ringraziando gli organizzatori, le associazioni CTE e aicap, per questo confronto al SAIE.

Carlo Beltrami è ingegnere e da diversi anni si occupa di infrastrutture, di progetti e di consulenze.

Il suo intervento verte sul tema dei ponti viadotti e riguarda "gli sforzi tecnici che facciamo tutti i giorni per progredire nelle conoscenze e nell’aggiornamento professionale. Quindi il mio intervento sarà fortemente tecnico, meno gestionale, e produrrà alcuni spunti e osservazioni.»

In questo articolo viene pubblicato un estratto scritto della presentazione video, disponibile in allegato. Ovviamente si suggerisce la visione del video per una acquisizione più completa dei contenuti della relazione.

Sostenibilità di un’opera e vita in servizio

«Prima di tutto non possiamo parlare di sostenibilità di un'opera se non parliamo della vita di servizio dell'opera stessa, cioè noi dobbiamo essere in grado come ingegneri di potere determinare o definire chiaramente cosa vuol dire la vita di funzionamento di una costruzione perchè sappiamo che per una buona gestione di una costruzione non basta solo costruirla, ma va ispezionata, mantenuta e monitorata.»

La vita di esercizio di un'opera è quindi un tema fondamentale e Beltrami lo affronta presentando brevi casi critici e poi alcune proposte migliorative.

«Intanto la vita di servizio di un’opera sappiamo è definita dalle norme tecniche che noi utilizziamo.

Nelle norme tecniche sulle costruzioni tipicamente se voi cercate la parola vita nominale la trovate ricadere tipicamente nella durabilità nel copriferro, nelle azioni sismiche, nelle azioni in generali e su alcuni condizioni. Quindi è una parola che viene centellinata in solo alcune parti dei documenti tecnici che noi utilizziamo, non è una visione unitaria distribuita su vari aspetti.

La definizione di durabilità è ben nota nelle norme tecniche è essenzialmente la vita di esercizio tra l'apertura al traffico di un’opera fino alla sua demolizione.

La vita di servizio è effettivamente un argomento arcano ma di fatto è sostanzialmente da quando nasce l'opera a quando viene demolita e la durabilità è sostanzialmente un insieme di azioni ovviamente che dalla progettazione alla sua gestione costituiscono delle informazioni fondamentali per la gestione dell’Opera.

Noi sappiamo che la durabilità e la vita di esercizio è un'informazione che troviamo definita anche nell'Eurocodice e riguarda non solo aspetti strutturali ma anche aspetti ambientali ovviamente e aspetti di gestione perché la gestione economica dell’opera influenza evidentemente la vita di servizio.

Noi sappiamo da fonte ANSFISA di quest'anno che il patrimonio della rete nazionale è molto estesa e abbiamo diverse centinaia di migliaia di chilometri di strade e una numerosità enorme di opere tra cui ponti e gallerie, stiamo parlando tipicamente di 21.000 ponti e viadotti, 6.000 cavalcavia e 2.000 gallerie tra concessione autostradali e ANAS.

Quindi diciamo ad oggi ANSFISA ci ha fornito uno spaccato abbastanza preciso di quello che è il patrimonio anche di massima delle nostre strutture, parliamo anche di 35 km di metropolitana nelle varie città e più di 18.000 tra viadotti e ponti ed opera d'arte maggiori, quindi abbiamo un patrimonio ormai abbastanza ben censito e vicino al quadro effettivo e tutto sommato su questo quadro affettivo di patrimonio possiamo stimare che c’è un valore economico correlato. Quindi sono 50.000 opere d'arte di cui sostanzialmente un valore totale di ponti stradali per esempio di 50 miliardi di euro che corrisponde a una certa distribuzione di spesa per la manutenzione e per il costo entro i 50 anni.»

Un'associazione internazionale sul ciclo di vita delle costruzioni. 
Il tema della vita di servizio di un'opera civile è un tema attuale ma tutto sommato ancora giovane: «Nell’ingegneria civile è solo dal 2008 che esiste un associazione internazionali che parla del ciclo di vita delle costruzioni (IALCCE).

« Il ciclo di vita è legato ovviamente alla vita di servizio in termini di curve di decadimento che sono una estrapolazione teorica del comportamento strutturale e del comportamento dell'esercizio e ovviamente il tipo di vita utile residua, quindi che sarebbe l'argomento diciamo più arcano nella nostra trattazione tecnica, è un argomento che siamo sempre più spinti a valutare e quantificare come ingegneri.»

E’ possibile allungare la vita in servizio

«Noi abbiamo esempi come encomiabili nella storia delle costruzioni come il ponte Golden Gate che è stato mantenuto dagli anni trenta fino ad oggi con interventi di manutenzione continuativa che hanno mantenuto l’opera oltre la vita di progettazione di cent'anni per cui era prevista, per cui anche il modus operandi su cui noi agiamo nelle costruzioni durante la loro esercizio determina il loro successo e il loro mantenimento».

Gli interventi di riabilitazione dei ponti

"Ovviamente il tipo di riabilitazione e intervento che avviene in una costruzione in un ponte non è sempre uguale, possono avvenire interventi di livello superiore più importanti o livello più limitato per il mantenimento.

Ma anche il tema della vita di servizio non è un tema unico noi parliamo di 50 anni, di 100 anni. In realtà un ponte contiene tanti elementi quindi non si può pensare a una valutazione univoca di un'opera come se fosse un oggetto unico. In realtà ci sono gli appoggi ci sono i giunti, ci sono l’impermeabilizzazioni, tutti i dettagli di un ponte hanno tipicamente vite diverse e questo aspetto incide moltissimo su interventi di manutenzione, sul fatto che si devono mantenere con una logica diversa.»

Manutenzione dei ponti e delle infrastrutture

"La stessa definizione di manutenzione nella vita per quanto riguarda le norme per esempio inglesi è un è argomento legato sostanzialmente ai un processo di mantenimento di un elemento di uno stato operativo sia prevenendo una transizione verso uno stato di guasto/rottura oppure perseguendo un ripristino a uno stato operativo a seguito di guasto/rottura.

Quindi si parla proprio di manutenzione nell'esercizio di una struttura sostanzialmente legato a una sorta di comportamento meccanico come se fosse un guasto di una macchina. Quindi la manutenzione non è solo tecnica ma anche amministrativa e ha un impatto importantissimo per quanto riguarda la gestione di questi aspetti.»

La definizione di manutenzione

E’ il processo di mantenimento di un elemento in uno stato operativo sia prevenendo una transizione verso uno stato di guasto/rottura oppure perseguendo un ripristino a uno stato operativo a seguito di guasto/rottura
British Standards BS4778-3.1 (1991) o BS3811 (1993)

"Ma la manutenzione non è una parola generica, va spesa secondo diversi livelli di manutenzione «c'è quella preventiva, c'è quella correttiva che hanno approcci, totalmente diversi anche nell'ambito della nostra attività di ingegneria civile»

La strategia di manutenzione e di controllo delle costruzioni influenza necessariamente quindi la sicurezza: «il mantenimento sicuro delle opere, anche lo stesso livello di manutenzione, può essere molto diverso. Noi possiamo pensare di ripristinare l'opera come era originariamente, possiamo fargli un piccolo miglioramento, o addirittura possiamo ripristinarla meglio di quella che era l’origine.

I costi di manutenzione

"Tutti questi tipi di quantificazione di intervento ad oggi spesso li trascuriamo però sarebbero molto importante da tracciare perché quello che spendiamo per fare un intervento dovrebbe essere correlato necessariamente a un livello di prestazione che raggiungiamo.»

Il cambiamento dei livelli prestazionali richiesti

«Sempre per quanto riguarda la vita di servizio ricordiamo che i nostri ponti attualmente sono oggetto di condizioni sempre variate nel tempo, per condizioni di carico e condizioni esterne e quindi ne sono fortemente influenzati.»

E Beltrami presenta un esempio di best practice a livello internazionale: «quello che sta avvenendo in Australia, per esempio con normativa sui ponti dove la progettazione è permeata da tantissime informazioni che spesso noi tralasciamo o consideriamo al minimo, che sono per esempio la relazione sulla durabilità, che è un tema legato alla caratterizzazione ambientale e alla quindi allo studio climatico di dove il ponte viene collocato, quindi capire quanti sono i cicli di gelo effettivi, quanta è la condizione piovosità della zona in cui vado a inserire il ponte, quindi avere uno studio di documentazione su questi aspetti, e di conseguenza mappe climatiche disponibili. Noi siamo abituati a vedere le mappe del vento e della neve in Italia, ma a questo punto dovremmo valutare le mappe di climatologia quando parliamo di un ponte inserito in un contesto particolare.

L'evoluzione del eurocodice sta progredendo a un livello tale per cui nella nuova versione verrà probabilmente aggiunto un nuovo stato limite che riguarda proprio lo stato di environmental action, cioè le condizioni ambientali come influenzano la propagazione di fenomeni di degrado che mettono fuori di esercizio l’opera.»

Le ispezioni

Beltrami tocca anche il Il tema dell’ispezioni, fondamentale per portare gestire la manutenzione dell’opera e consentire la prosecuzione dello stato di esercizio dell’opera.

E dall’osservazione dei casi critici tipici delle costruzioni, catalogati in tantissime caratteristiche, come sia fondamentale avere una conoscenza dei materiali.

La conoscenza dei materiali

«La conoscenza dei materiali è molto estesa, non possiamo dire di non sapere come funzionano i meccanismi chimici di comportamento dei cementi armati o delle strutture per cui sono perfettamente definiti e sono possibilmente anche caratterizzabili.

Quando visitiamo delle opere, quando controlliamo delle opere, ci sono sicuramente dei casi particolari, delle condizioni critiche di blindaggi in acciaio su zone carbonatate molto corrose, grandi percolazioni per esempio per effetto degli agenti di cloruri per la corrosione nelle solette di impalcato, condizioni particolari di rinforzi in fibrorinforzato su zone molto corrose, vediamo applicazioni anche in cemento armato tradizionale su strutture posteriormente pervase da sali di disgelo nelle strutture interne.

Quindi strutture approcciate solo con attenzione alle caratteristiche meccaniche, di sommare solo delle strutture e di rinforzarle per estendere la loro condizione di esercizio.

Spesso si interviene con un approccio conservativo di tipo architettonico, si dice ripristiniamo il copriferro, facciamo ad un ponte un aspetto estetico. In realtà questo squilibria dal punto di vista elettrochimico le condizioni di corrosione per cui si corrode anche l'altra parte della pila che era rimasta inizialmente non corrosa.»

La guerra tra i materiali

"Nella nostra letteratura esiste il famoso dibattito tra l'acciaio che calcestruzzo, che è diventato una specie di guerra fratricida, ma in realtà sono argomenti sfatati ormai da anni."

L’impatto dell’ambiente naturale

"I ponti che vivono in zone boschive sono fortemente soggetti a condizioni di degrado quindi sono argomenti che vanno tenuti in conto."

I giunti stradali

«La gestione dei giunti stradali è un problema. I giunti stradali vengono eseguiti spesso all'ultimo minuto, come l'ultima fase costruttiva, spesso con grandi errori. Abbiamo costruzioni come autostrade nuove, appena inaugurate, in Italia dove i giunti sono completamente purtroppo posati male e ci sono percolazioni continue, per cui le strutture nascono già con problemi di costruzione, senza tener conto della fase di installazione dei Giunti.»

Una sperimentazione importante

«Cito come aspetto particolare un progetto di ricerca in corso con circa 40 travi che sono state smontate da un grande viadotto esistente a Torino per testarle a 50 anni di vita utile: questo è importante per testare le prestazioni della pre-comprensione e avere un set di quantità di dati perché la costruzione diciamo vetuste o anziane devono essere valutate con caratteristiche, con dati sperimentali effettivamente calibrati, se no facciamo delle valutazioni assolutamente teoriche.»

I materiali innovativi

Altri aspetti migliorativi per lo sviluppo delle strutture dei ponti, dal punto di vista sostenibile, sono l'utilizzo anche di armature alternative all'acciaio classico, quindi le fibre di vetro o di carbonio come barre ed armatura.
Attualmente ci sono delle normative europe, le FIB, che danno già dei riferimenti importanti su come utilizzarli, ci sono già degli impalcati negli Stati Uniti in Canada in zone molto aggressive, con armature interamente in fibre di carbonio o fibre di vetro.»

Il piano di manutenzione

«Un altro tema fondamentale è quello del piano di manutenzione. Ad oggi è un tema che è obbligatorio dalla legge Merloni dal 94 ma in realtà è un documento che richiede una forte interazione non solo da parte del progettista ma di tutta la filiera che gestisce l'opera e la mantiene. Quindi è un tema che sicuramente interessante, da rimodernare nel nuovo codice appalti o nella nuova procedura di progettazione.

Esiste una consapevolezza che la qualità dei risultati della costruzione finale sia la parte centrale del risultato di un appalto di una costruzione di un ponte o di una galleria, quindi è uno dei temi più importanti su cui si spera di poter avere massima importanza.

Si auspica di avere un testo unico sulla manutenzione che sia comprensivo di tutta la filiera e che non spezzetti tutte le fasi tra il progetto, la direzione lavori, collaudo dell’ As built e la sorveglianza dell’Opera. Questo aspetto ad oggi è molto frammentato.»

Calcolo del costo dell'opera

«Anche il calcolo del costo della opera è assolutamente vetusto. Ad oggi un computo metrico di un ponte dice poco, affronta solo la fase di costruzione, neanche forse è quella di consuntivazione. Ma quando si smantella e l'importanza economica del ponte nel contesto in cui viene costruito non viene assolutamente tenuto conto nella valutazione economica complessiva dell’opera. Quindi si auspica che in Italia venga resa obbligatoria una valutazione dei Life Cycle Cost dei ponti e delle gallerie.»

E Carlo Beltrami ha concluso:
«Non possiamo pensare di fare solo gli ingegneri progettisti che si occupano di progettare strutture o di opere d’arte di un certo tipo ma dobbiamo necessariamente collegarlo alla loro funzionalità E a loro ciclo di vita e con riferimento quindi al contesto economico in cui si collocano e quindi avere una visione molto più ampia della
singola prestazione strutturale».

Video

Criteri per una progettazione sostenibile di Ponti e Viadotti. Carlo Beltrami

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