Valutazione multi-pericolo dei ponti stradali: applicazione a un caso studio italiano

Le recenti Linee Guida italiane per la gestione del rischio, la valutazione della sicurezza e il monitoraggio dei ponti esistenti prevedono una procedura multi-livello, con un grado di approfondimento progressivamente crescente. Questo approccio contempla le criticità che possono compromettere l’integrità delle infrastrutture esistenti, rispondendo ad esigenze sia a scala territoriale che sito specifica. Nella procedura prevista per la gestione e valutazione del rischio a larga scala, ovvero l’attribuzione della cosiddetta Classe d’Attenzione (CdA) per prioritizzare eventuali analisi di dettaglio, le Linee Guida considerano i rischi connessi al traffico veicolare, ai terremoti, alle alluvioni e ai fenomeni franosi. Non sono invece considerate esplicitamente antropiche estreme. Pertanto, questo studio intende includere anche eventi estremi di origine antropica, come incendi, esplosioni e impatto di veicoli, oltre che il traffico veicolare, gli eventi naturali anzidetti e il degrado. Nello specifico si propone una metodologia di prioritizzazione multi-pericolo basata su indici e sviluppata nell’ambito del progetto di ricerca italiano FIRMITAS. La metodologia proposta è stata applicata a sette ponti, tra cui strutture crollate negli ultimi anni, ponti esistenti non rinforzati e altri recente- mente consolidati. I risultati ottenuti consentono di confrontare i livelli relativi di rischio, fornendo un riferimento utile per la prioritizzazione di analisi dettagliate.

Un approccio multilivello e multi-pericolo per la valutazione del rischio dei ponti esistenti

La gestione del rischio dei ponti svolge un ruolo fondamentale nel garantire la sicurezza e la funzionalità delle infrastrutture di trasporto. Negli ultimi anni, numerosi paesi hanno sviluppato linee guida nazionali per valutare e mitigare i rischi associati alle strutture dei ponti, con una crescente attenzione verso i pericoli antropici, come quelli derivanti dai carichi da traffico, e quelli naturali, come terremoti, alluvioni e frane. In Italia, successivamente al drammatico crollo del ponte Morandi, il Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti ha pubblicato nel 2020 le “Linee guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza ed il monitoraggio dei ponti esistenti” (LG20, MIT 2020). La procedura proposta dalle LG20 si basa su un approccio multilivello e multi-pericolo per la valutazione del rischio dei ponti esistenti.

Nell’ambito del livello relativo alla valutazione su larga scala vengono considerati diversi pericoli – carichi da traffico, azioni sismiche, frane e alluvioni – e alla fine conducono all’attribuzione della cosiddetta Classe d’Attenzione totale (CdAtot). Il risultato è una valutazione qualitativa (e semplificata) del rischio, che prevede la suddivisione dei ponti in cinque classi di rischio (i.e., Alta, Medio-Alta, Media, Medio-Bassa e Bassa). Il principale limite di questo approccio risiede nella natura qualitativa delle CdA, che rende complessa la classificazione dei ponti all’interno della stessa classe, in confronto con quanto previsto dai metodi quantitativi (e.g. Grieco et al. 2024). Inoltre, le LG20 non considerano gli effetti derivanti dai pericoli antropici estremi, che possono rappresentare alcune delle principali cause del collasso strutturale dei ponti (Kim et al. 2020).

In questo contesto si inserisce il progetto FIRMITAS (Multi-hazard assessment, control and retroFIt of bridges for enhanced Robustness using sMart IndusTriAlized Solutions), con l’obiettivo di sviluppare procedure di prioritizzazione finalizzate alla riduzione del rischio di collasso dei ponti esistenti. Nell’ambito di tale progetto, questo studio propone una metodologia semplificata di prioritizzazione multi-pericolo basata sul rischio, applicabile su scala territoriale a un portafoglio di ponti.

Il livello di rischio è quantificato attraverso indici di priorità multi-pericolo compresi tra 0 e 1. Tali indici consentono di confrontare il livello di rischio relativo tra i ponti, facilitando la prioritizzazione delle analisi dettagliate propedeutiche agli eventuali interventi. Sette ponti esistenti in Italia sono stati scelti per illustrare la metodologia proposta. Nello specifico sono stati valutati gli indici di rischio singolo (IHj) associati ai seguenti pericoli: carichi da traffico veicolare, azioni sismiche, frane, alluvioni, incendi, esplosioni e impatto dei veicoli sulle pile.

Successivamente, questi indici sono stati combinati per ottenere tre differenti indicatori di priorità multi-pericolo (IMHi), ciascuno rappresentativo di un diverso approccio combinatorio. Infine, è stato sviluppato un sistema di classificazione quantitativa con cinque Classi di Priorità basate sul Rischio (MRPC), utilizzando soglie statistiche per distinguere i livelli di rischio relativi tra i ponti del portafoglio.

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Metodologia adattata per la valutazione multi-pericolo

Ai fini dello sviluppo della metodologia di prioritizzazione multi-pericolo, è fondamentale definire gli indici di rischio singolo (IHj) associati ai pericoli selezionati. In questo lavoro, la stima degli indici di rischio relativi al traffico veicolare (Hamidpour et al. 2024), alle azioni sismiche (Hamidpour et al. 2024), alle frane (Ormando et al. 2024), alle alluvioni (Grieco et al. 2025), agli incendi (Naser & Kodur 2013), alle esplosioni (Sun et al. 2021) e all’impatto di veicoli (Kim et al. 2020) è stata effettuata utilizzando metodi euristici presenti in letteratura. Si tratta di approcci quantitativi multi-parametrici applicabili su scala territoriale, che consentono di definire un indice di priorità normalizzato tra 0 e 1 in relazione al singolo pericolo analizzato. Nello specifico, vengono disaggregati le componenti che concorrono alla definizione classica del rischio (i.e., pericolosità, vulnerabilità ed esposizione), associando a ciascuno una serie di parametri rischio-dipendenti, quantificabili mediante l’assegnazione di sotto-parametri. Questi ultimi possono essere acquisiti attraverso operazioni di censimento ed ispezione da parte delle società di gestione. In base ai dati raccolti e allo stato di degrado del ponte, l’indice di priorità viene valutato mediante un approccio euristico. Per ragioni di sintesi, i metodi di calcolo citati non sono qui approfonditi, ma si rimanda ai lavori di riferimento per una trattazione dettagliata.
Successivamente, gli indici di rischio singolo (IHj) possono essere aggregati per ottenere un indicatore di priorità multi-pericolo (IMH), in accordo a quanto proposto da Grieco et al. (2024). A tal fine, sono analizzate tre regole di combinazione:

• i) Combinazione quadratica degli indici di rischio singolo, normalizzata rispetto al numero di pericoli considerati (NH) (Eq. 1);
• ii) Sommatoria degli indici di rischio singolo, con la possibilità di applicare fattori di pon- derazione (CHj) a ciascun pericolo, ad esempio in base al livello di conoscenza dei parametri di input richiesti o probabilità di accadimento (Eq. 2);
• iii) Combinazione quadratica degli indici di rischio singolo con i relativi valori di pondera- zione CHj, normalizzata rispetto alla loro radice quadrata (Eq. 3).

Come introdotto in precedenza, i fattori di ponderazione possono essere assegnati a ciascun indice di rischio singolo seguendo criteri differenti, ad esempio in base al livello di conoscenza richiesto dai parametri di input. Questo implica che diversi giudizi di esperti o esigenze gestionali possano assegnare pesi differenti a ciascun pericolo. In linea a quanto pro- posto da Grieco et al. (2024), nel presente studio il calcolo dell’indice di priorità multi-peri- colo è stato effettuato utilizzando esclusivamente l’Eq. (3), che nello studio citato si è dimostrata la più efficace per distinguere le priorità relative tra i 30 ponti analizzati. Per una descrizione dettagliata della procedura, nonché per un confronto tra i vantaggi e gli svantaggi dei diversi indicatori multi-pericolo proposti, si rimanda al lavoro di Grieco et al. (2024).

Applicazione a un caso studio italiano

Breve descrizione dei ponti del caso studio

La metodologia di prioritizzazione multi-pericolo proposta nella Sezione 2 è stata applicata a sette ponti (BRi, con i = 1,…,7) costruiti in Italia tra il 1930 e il 1970. Ad eccezione del ponte BR2, il cui impalcato è in calcestruzzo armato ordinario, tutti gli altri presentano una struttura in calcestruzzo armato precompresso. Dal punto di vista strutturale, sei ponti sono caratterizzati da uno schema statico a trave semplicemente appoggiata, mentre uno solo (i.e., BR3) si distingue per la configurazione multi-campata ad arco. Il numero di campate varia da 3 ad 80, con una luce massima di 51 m. Le pile dei ponti a travata sono costituite da colonne multiple (a sezione circolare o rettangolare) oppure da singoli setti in calcestruzzo armato. Tutte le opere analizzate sono ponti stradali, di cui tre (i.e., BR2, BR3 e BR7) scavalcano corsi d’acqua, mentre BR6, oltre a sovrastare una strada, è esposto a potenziali fenomeni franosi. Il livello di traffico dei veicoli commerciali (CT) varia considerevolmente tra le strutture analizzate, oscillando tra 284 e 3050 veicoli giornalieri, evidenziando una significativa eterogeneità nell’uso e nelle sollecitazioni da traffico a cui ciascuna infrastruttura è sottoposta.

Dal punto di vista sismico i ponti si trovano in aree con diversa pericolosità, con un’accelerazione di picco al sottostrato roccioso (PGA) compresa tra 0.05g e 0.19g con riferimento a un periodo di ritorno (Tr) di 475 anni. I sette ponti considerati costituiscono un caso di studio rappresentativo per l’analisi di una buona parte delle infrastrutture esistenti in Italia, combinando diverse epoche costruttive, schemi strutturali, livelli di traffico e condizioni ambientali, inclusi i rischi idrogeologici e sismico.

Analisi multi-pericolo

I metodi quantitativi richiamati nelle sezioni precedenti sono stati applicati per valutare gli indici di rischio singolo (IHj) associati a diverse fonti di pericolo: traffico veicolare (IG), azioni sismiche (IS), alluvioni (IH), frane (IL), incendi (IF), esplosioni (IE) e impatti (sulle pile) di veicoli (II). In Figura 1 sono rappresentati gli indici di rischio singolo relativi ai pericoli considerati per ciascuno dei ponti nel caso studio.

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I TEMI PRINCIPALI DELL'ARTICOLO.
Limiti delle LG20 su larga scala: approccio qualitativo (CdA) utile ma poco discriminante dentro la stessa classe e senza pericoli antropici estremi.
Estensione “multi-pericolo” completa: oltre a traffico e pericoli naturali, include incendi, esplosioni e impatti come cause rilevanti di collasso.
Metodo quantitativo per il confronto tra ponti: indici di rischio singolo (0–1) aggregati in un indice multi-pericolo per ordinare le priorità di analisi.
Peso delle scelte di aggregazione/pesi: i fattori di ponderazione influenzano fortemente ranking e priorità, quindi vanno motivati in chiave gestionale/decisionale.
Classi di priorità basate sul portafoglio: soglie statistiche tarate sul campione aiutano a individuare le strutture più critiche e supportano (senza sostituire) le LG20.