Livello 2 parte 4 – linee guida ponti esistenti: classe di attenzione complessiva e rischio idraulico

Livello 2 parte 4 – linee guida ponti esistenti: classe di attenzione complessiva e rischio idraulico

Si conclude, con il rischio idraulico degli attraversamenti fluviali, la descrizione del Livello 2 delle “Linee guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza ed il monitoraggio dei ponti esistenti” e delle relative Classi di Attenzione (CdA).

Prosegue l’analisi a puntate delle Linee guida sui ponti esistenti, dopo i precedenti articoli:

Il rischio idraulico risulta sempre di più frequente attualità, poiché la maggiore intensità degli eventi atmosferici mette ancora più in risalto le vecchie problematiche legate alla non corretta pianificazione urbanistica di costruzioni edificate in luoghi non sicuri, spesso vicini o a ridosso degli alvei fluviali senza alcun intervento di prevenzione e protezione.

Come oramai consueto, le Linee Guida prediligono valutazioni qualitative desunte da schemi e flussi logici, in funzione della pericolosità, dell’esposizione e della vulnerabilità della singola opera, partendo dai risultati delle ispezioni visive del Livello 1.

Infine, si descriverà la tabella di sintesi di valutazione della CdA complessiva valutata pesando le singole CdA (strutturale-fondazionale, sismica, frane e idraulico).

Classe di Attenzione associata al rischio idraulico degli attraversamenti fluviali

Il rischio idraulico, a seguito di esondazioni e aumento eccessivo della portata del fiume, può essere trascurato qualora le strutture del ponte non siano coinvolte nelle dinamiche idrauliche dell’alveo, oppure quando l’impalcato garantisca il rispetto del franco libero così come prescritto nelle vigenti Norme Tecniche per le Costruzioni.

Al contrario, l’appartenenza dell’infrastruttura ad aree già oggetto di fenomeni pregressi (escavazione, allagamenti, modificazioni delle sezioni idriche, riduzione delle capacità idrovettrici dell’alveo, ecc.) inducono ovviamente ad approfondire la valutazione del rischio, facendo sempre riferimento a fattori di suscettibilità, vulnerabilità ed esposizione. In particolare “si ritiene opportuno adottare il termine “suscettibilità” piuttosto che pericolosità, come per il rischio frane, attese le specifiche difficoltà intrinseche relative alla definizione della probabilità di accadimento dell’evento”.

Fig.1_Parametri di riferimento per la determinazione dei fattori associati al rischio idraulico

Stima del livello di suscettibilità legato al rischio idraulico

La valutazione della suscettibilità al rischio idraulico fa riferimento alla classificazione dei seguenti livelli di pericolosità indicati dal D.Lgs. 23.02.2010, n. 49 – “Attuazione della direttiva 2007/60/CE relativa alla valutazione e alla gestione dei rischi di alluvioni”:

  • a) alluvioni rare di estrema intensità: tempo di ritorno dell’evento fino a 500 anni (P1: bassa probabilità, 2 per mille di superamento in un anno);
  • b) alluvioni poco frequenti: tempo di ritorno fra 100 e 200 anni (P2: media probabilità, tra il 5 ed il 10 per mille);
  • c) alluvioni frequenti: tempo di ritorno fra 20 e 50 anni (P3: elevata probabilità, tra il 2 ed il 5%).

Tuttavia tale livello, caratterizzato già da fattori di incertezza, dipende anche dall’ambito geomorfologico nonché dalla presenza di fenomeni pregressi, o di scalzamento delle pile. Tali informazioni potranno essere confermate dalle schede di Livello 0 o confermate dalle ispezioni di Livello 1.

Necessitando di stimare la suscettibilità idraulica con riferimento al sormonto arginale o insufficienza di franco, è possibile operare una valutazione speditiva dei franchi idraulici per i corsi d’acqua principali e secondari stimando in prima approssimazione il franco F come la differenza tra la quota minima dell’intradosso del ponte con la stimabile quota di pelo libero, da individuare come segue:

  • per alvei non arginati di corsi d’acqua principali, la quota massima della fascia di terreno interessata dallo scenario di alluvione P2; analogamente per lo scenario di alluvione P3;
  • per alvei non arginati di corsi d’acqua secondari, la quota massima della fascia di terreno interessata dallo scenario di alluvione P2;
  • per alvei arginati, la minore quota della sommità arginale esistente incrementata di 20 cm.

Mediante le Tabelle 4.20 – 4.21 è possibile stimare la suscettibilità per i fenomeni di sormonto.

Fig. 2_Definizione delle classi di pericolosità (suscettibilità) per il fenomeno di sormonto

Riguardo invece ai fenomeni di erosione, questi costituiscono frequentemente la causa di crolli parziali o totali dei ponti e ne va di conseguenza stimato il rischio, anche se tale stima appare comunque complessa dalla natura ciclica del fenomeno.

Solitamente si distingue un’erosione generalizzata da una locale. L’erosione generalizzata in prossimità del ponte è dovuta alla riduzione, operata dall’attraversamento, della sezione trasversale indisturbata caratteristica dell’alveo tale da ingenerare un’accelerazione locale della corrente. In prima approssimazione, secondo formulazioni empiriche di letteratura di frequente utilizzo, si può ritenere che l’erosione da contrazione dipenda dal rapporto tra la larghezza dell’alveo in assenza del manufatto di attraversamento e la larghezza dell’alveo lasciata libera dall’attraversamento medesimo. Nel presente approccio speditivo, ai fini della stima della suscettibilità si definiscono:

C_a = \frac{W_a,l}{W_a} \cdot 100 C_g = \frac{W_g,l}{W_g} \cdot 100

dove:

  • Ca è il fattore di restringimento dell’alveo inciso;
  • Wa,l è la larghezza complessiva dell’alveo inciso occupata dall’ingombro di pile e spalle;
  • Wa è la larghezza complessiva dell’alveo inciso a monte del ponte;
  • Cg è il fattore restringimento delle aree golenali;
  • Wg,l la larghezza complessiva delle golene occupata dai rilevati di accesso, dalle spalle e dalle pile;
  • Wg è la larghezza complessiva delle golene a monte del ponte.

In base a questa formulazione, la tabella 4.22 definisce la classe di pericolosità relativa al fenomeno di erosione generalizzata.

Fig. 3_Classi di pericolosità (suscettibilità) per il fenomeno di erosione generalizzata

“L’erosione localizzata alla base delle pile o delle spalle è una delle cause più frequenti di crollo o di danneggiamento dei manufatti di attraversamento fluviale. La causa principale dell’erosione localizzata in corrispondenza delle pile è la formazione di vortici alla loro base”.

Molteplici sono i fattori che possono influenzare tale fenomeno: la velocità e la profondità della corrente, la larghezza della pila e la sua forma, la lunghezza della pila e l’angolo d’attacco della corrente, la natura del materiale d’alveo e l’eventuale presenza di detriti trasportati dalla corrente, i fenomeni di evoluzione morfologica del letto del fiume. Viene proposta anche per tale fenomeno una valutazione di stima con la seguente formulazione:

IEL = \frac{d_s}{d_f}

dove viene definito un indice adimensionale IEL dato dal rapporto tra la massima profondità di scavo ds e la profondità di posa del piano di fondazione df. A meno di specifiche indicazioni contenute nei documenti progettuali, si può stimare df = 2m, mentre ds = 2° dove con a si intende il diametro circolare o la larghezza della pila. In funzione del valore assunto dall’indice di erosione localizzata IEL si definiscono le classi di pericolosità in Tabella 4.23.

Fig. 4_Classi di pericolosità (suscettibilità) per il fenomeno di erosione localizzata

Stima della vulnerabilità legata al rischio idraulico

Ai fini della individuazione della vulnerabilità occorre valutare, per gli scenari di suscettibilità prima individuati, i seguenti parametri: il valore della portata della piena; l’estensione dell’area interessata dell’inondazione; l’altezza e la relativa quota idrica nonché le caratteristiche cinematiche della corrente. La vulnerabilità dei ponti, con specifico riferimento al fenomeno di crisi per sormonto o insufficienza di franco, è valutata secondo la Tabella 4.24.

Fig.5_Classi di vulnerabilità per il fenomeno di sormonto

Con riferimento ai fenomeni di erosione generalizzata e localizzata, la classe di vulnerabilità è stimata secondo quanto riportato nella Tabella 4.25 e Tabella 4.26, rispettivamente.

Fig. 6_Classi di vulnerabilità per il fenomeno di erosione generalizzata
Fig.7_Classi di vulnerabilità per il fenomeno di erosione localizzata

Stima dell’esposizione legata al rischio idraulico

La classe di esposizione del rischio idraulico rispecchia lo stesso schema (figura 4.6 delle Linee Guida) descritto per il rischio sismico. Esso “[…] porta alla valutazione delle potenziali conseguenze negative di future alluvioni – oltre che per la struttura interessata – anche quali conseguenze indotte (inondazione) per la salute umana e per il territorio, tenendo conto di elementi quali la topografia, la localizzazione dei corpi idrici superficiali e le loro caratteristiche idrologiche e geomorfologiche generali, le aree di espansione naturale delle piene, la strategicità del ponte in situazioni emergenziali nonché la localizzazione delle aree popolate”.

Stima della classe di attenzione rischio idraulico

Le Linee Guida introducono dei criteri metodologici semplificati per la valutazione del rischio, in particolare laddove sussistano molte difficoltà e incertezze nella quantificazione dei parametri o nell’indisponibilità dei dati, come è per il rischio idraulico. “Volendo stimare le Classe di Attenzione del rischio idraulico riferita ai fenomeni di sormonto o insufficienza di franco idraulico e ai fenomeni erosivi, generalizzati o localizzati, si può far riferimento a combinazioni dei fattori di suscettibilità, vulnerabilità ed esposizione ad essi relativi, analoghe a quelle impiegate per la determinazione della classe di attenzione strutturale e fondazionale e della classe di attenzione sismica, ossia analoghe a quelle riportate in Tabella 4.10”.

Note queste classi di attenzione del ponte, quella di sintesi in relazione ai fenomeni erosivi deriverà dalla combinazione delle due, come riportato in Tabella 4.27. La CdA complessiva legata al rischio idraulico del ponte è la più elevata tra quelle risultanti dall’analisi separata dei due meccanismi di crisi (per sormonto e per fenomeni erosivi).

Fig. 8_Determinazione della CdA rischio idraulico

Analisi multi-rischio e definizione della Classe di Attenzione complessiva

Al termine di una serie di puntate che hanno descritto i procedimenti logici per qualificare le diverse CdA (per rischio strutturale-fondazionale, sismico, frane e idraulico), si giunge alle tabelle di sintesi in cui pervenire ad un parametro finale che pesi le singole CdA in una Classe di Attenzione complessiva. Essa è classificata sempre con un giudizio qualitativo in bassa, medio-bassa, media, medio-alta e alta, sulla cui base si pianificheranno le successive azioni da intraprendere sul ponte (indagini, controlli, verifiche, approfondimenti specifici).

Fig.9_Determinazione della CdA complessiva

Le Linee Guida hanno voluto assegnare un peso maggiore alla CdA strutturale-fondazionale, in quanto strettamente legata alle condizioni di esercizio: se essa è alta, la CdA complessiva è alta qualsiasi siano le CdA sismica e idraulica e frane. I risultati, in termini di CdA complessiva, di tutte le possibili combinazioni sono ricavabili dalla Tabella 4.28. Un’ulteriore semplificazione riguarda il raggruppamento delle CdA frane e idraulica in un’unica CdA, determinata sempre utilizzando l’approccio per classi e operatori logici finora impiegato, come in Tabella 4.29.

Fig. 10_Determinazione della CdA idraulica e frane

“Nota la CdA complessiva, si raccomanda, sì di basare le indagini, i controlli e le verifiche, previsti dai livelli successivi dell’approccio multilivello, sulla classe di attenzione complessiva, ma di tenere sempre conto delle classi di attenzione risultanti dalle valutazioni separate delle diverse tipologie di rischio, in modo da indirizzare e approfondire tali indagini, controlli e verifiche dove e come necessario”.

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Assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Strutturale, Edile e Geotecnica del Politecnico di Torino, i sui temi di ricerca sono il consolidamento strutturale e miglioramento sismico degli edifici in muratura, la diagnostica applicata allo studio delle vulnerabilità strutturali degli edifici monumentali, le prove sperimentali per la compatibilità dei materiali consolidanti applicati alle murature storiche. Autore di oltre 50 pubblicazioni su riviste e atti di congressi nazionali e internazionali. Svolge docenza nei corsi di Scienza delle Costruzioni, Analisi e Verifica delle Strutture Esistenti, e in diversi seminari e workshop di formazione professionale. Precedentemente ha fatto parte per 12 anni del Progetto La Venaria Reale all’interno del team di professionisti che ha progettato e diretto i lavori di restauro della Reggia di Venaria Reale, oltre a seguire per conto della Soprintendenza diversi cantieri di restauro in Piemonte. Fa parte della Commissione Protezione Civile dell’Ordine degli Ingegneri di Torino, con la quale ha partecipato alla compilazione delle schede Aedes per l’agibilità post-sisma in Emilia e in Centro Italia. E’ stato responsabile scientifico dello studio delle vulnerabilità sismiche delle chiese di Sant’Agostino e Santa Maria delle Grazie ad Amatrice, all’interno di un protocollo d’intesa che il Politecnico di Torino ha firmato con il Segretariato Mibact Lazio, la Soprintendenza di Rieti, l’Ufficio del Soprintendente Speciale, la Curia di Rieti.