Con il Decreto del 1° Luglio 2022, il MIT ha diffuso le Linee Guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza e il monitoraggio dei ponti esistenti. Il documento propone un approccio multilivello basato su sei differenti livelli per una gestione ottimizzata del patrimonio infrastrutturale.
Dettaglio e complessità delle analisi aumentano progressivamente con i livelli (si veda “Strade & Autostrade” n° 157 Gennaio/Febbraio 2023 a pag. 202 con https://www.stradeeautostrade.it/norme-e-leggi/ponti-esistenti-novita-e-grandi-questioni-ancora-aperte/).
Al contempo, il numero di strutture su cui effettuare indagini approfondite tende a ridursi. I livelli non sono pensati per essere consequenziali e possono essere attivati a seconda delle valutazioni del Gestore. Questo permette un’ottimizzazione delle risorse sia in termini di capitale umano che economico.
Una lettura attenta e ragionata del documento rivela come il fulcro della metodologia proposta sia la stima della classe di attenzione globale del ponte introdotta al livello 2, i cui risultati sono fortemente influenzati dalla valutazione della classe di attenzione strutturale e fondazionale associata al ponte.
Il presente studio propone l’applicazione delle indicazioni normative per la determinazione del suddetto parametro a un campione di 50 ponti in calcestruzzo, ordinario e precompresso, di una rete provinciale. La scelta di un contesto di viabilità secondaria è mirata alla valutazione della risposta dei processi decisionali implementati, in relazione ad un ambito variegato per tipologia dei manufatti coinvolti, periodi di costruzione e stato di conservazione delle strutture.
Lo studio cerca di approfondire i passaggi chiave per un idoneo inquadramento dello stato di salute di un manufatto e una conseguente sua gestione ottimale, evidenziando pregi e – laddove riscontrate – difficoltà operative. L’elaborazione dei dati raccolti sul campione ha permesso di stilare alcune considerazioni in merito alle cause più comuni di degrado.
Il campione
I manufatti analizzati sono collocati nella provincia di Parma (Figura 1 sopra) e sono stati selezionati a valle di un’attività ispettiva in collaborazione con l’ente provinciale svoltasi nel triennio 2018-2020 [1].
Ogni manufatto è stato oggetto di sopralluogo specifico e conseguente indagine visiva, mirata alla conoscenza preliminare del ponte e alla sua corretta localizzazione e descrizione strutturale. Per ciascun ponte, si è provveduto a definire grandezze geometriche principali, dimensioni e articolazione strutturale dei singoli elementi costituenti.
Di ogni elemento sono state indagate, attraverso ispezioni dirette o ricerche documentali, le caratteristiche materico-strutturali. Tutti i danni e i degradi individuabili visivamente sono stati mappati e catalogati, rappresentando in maniera esaustiva la situazione delle strutture e dei materiali costituenti il manufatto, fornendo così un quadro dei fenomeni di dissesto in atto.
Come lecito attendersi da un contesto di viabilità secondaria, le lunghezze complessive degli attraversamenti sono contenute: più della metà del campione ha lunghezza inferiore a 50 m, un terzo degli attraversamenti ha lunghezza compresa tra 50 e 200 m, la rimanente parte supera i 200 m (Figura 2 sopra).
Come mostrato in Figura 3, lo schema statico più diffuso nel campione è quello a travata in semplice appoggio, seguito dalla travata continua e dalle solette, appoggiate e incastrate. Al suo interno figurano anche tre ponti ad arco e due ponti a travata Gerber.
La Figura 4 mostra la distribuzione del campione in funzione dell’anno di costruzione del manufatto, dato definito con assoluta certezza solo per 13 ponti di cui sono stati rinvenuti elaborati grafici, descrittivi, contabili e di collaudo. In assenza di documentazione progettuale esaustiva, si è provveduto a una stima ragionata del dato.
La classe di attenzione strutturale e fondazionale
La riuscita del livello 2, spartiacque nella ricerca di una gestione ottimale di un manufatto, è affidata in larga parte a una valutazione ponderata della CdA strutturale e fondazionale [2]. Le Linee Guida individuano i principali parametri influenti sul comportamento strutturale di un’opera nelle sue usuali condizioni di esercizio (Figura 5).
La pericolosità viene definita sulla base di due fattori: massima massa ammissibile e frequenza del transito di veicoli commerciali (aventi portata superiore a 3,5 t) per singola corsia di marcia. Il campione in esame è stato analizzato secondo uno storico di dati relativi all’anno 2019 reperibili nel portale della regione Emilia-Romagna.
La frequenza di transito di veicoli commerciali è risultata essere bassa (≤ 300 veicoli/giorno) per il 54% del campione e media (300 < veicoli/giorno < 700) per il 18%. Per il restante 28% non è stato possibile reperire alcun dato. Per questi ponti si è provveduto alla stima del dato attraverso valutazioni comparative con i flussi rilevati su arterie stradali limitrofe [3].
Per questi manufatti la frequenza di transito è risultata essere bassa. Ai fini del presente studio, i percorsi provinciali di interesse sono stati analizzati e suddivisi in segmenti aventi caratteristiche similari. Ciascun tratto individuato è stato opportunamente classificato in funzione della massima massa ammissibile.
Nella definizione dei segmenti omogenei si è tenuto conto anche di eventuali limitazioni puntuali di portata presenti sui singoli manufatti. Sul totale dei ponti indagati, 21 non hanno evidenziato alcuna limitazione di carico, 28 rientrano nella categoria B e 1 ricade in categoria C.
Incrociando la classe stradale con i dati sulla frequenza di transito di carichi di massa significativa, è stata individuata la classe di pericolosità di ciascun ponte del campione (Figura 6).
Il fattore di vulnerabilità viene correlato allo stato di conservazione del manufatto e alla sua concezione strutturale in termini di schema statico, numero di campate e composizione materica. Rilevanti risultano anche l’anno di costruzione, la Norma di progettazione e lo storico degli interventi manutentivi. Lo stato di salute del ponte viene valutato attraverso il livello di difettosità (parametro primario). Un livello di difettosità alto determina una vulnerabilità alta [4].
La rapidità con cui il degrado si è manifestato e la Norma di progettazione dell’opera determinano una correzione su tale parametro più o meno severa. Si procede ad un’ultima combinazione con un parametro primario correlato alle vulnerabilità intrinseche della struttura. Il passaggio rimarca come alcune vulnerabilità si manifestino già in sede progettuale.
Il materiale della costruzione determina una propensione del manufatto a specifiche modalità di degrado. La definizione della geometria, l’idealizzazione del funzionamento dell’opera e l’impiego di alcuni dettagli costruttivi comportano una sensibilità della struttura a sollecitazioni e cedimenti e una sua predisposizione a rotture fragili o duttili.
Per la stima semplificata di tali aspetti, la Norma fornisce una serie di tabelle per cui – individuato lo schema statico e fissate luce massima della campata e materiale di realizzazione dell’impalcato – si ricava la classe di vulnerabilità da associare alle caratteristiche strutturali del ponte oggetto di valutazione. Ponti con più di tre campate vedono la classe di vulnerabilità aumentare di un livello.
La mancanza della documentazione di progetto ha reso difficoltoso risalire con certezza a: anno di costruzione, storico degli interventi manutentivi, Norma di progetto e schemi e metodologie di calcolo alla base del concepimento di molte delle opere del campione.
Per ovviare alle limitazioni imposte dalla carenza documentale, a fronte di condizioni sufficienti per farlo, i dati sono stati ipotizzati. In Figura 7A viene rappresentata la distribuzione del campione in funzione del solo livello di difettosità. La Figura 7B evidenzia l’evoluzione del parametro in seguito alle correzioni imposte dai parametri secondari.
Si registra un generale innalzamento del livello di difettosità, dovuto in parte allo scarso livello di conoscenza raggiunto sul campione. Sulla base dei dati di Figura 8, sono state stimate per via tabellare le vulnerabilità intrinseche dei ponti del campione, connesse a schema statico, luce massima della campata e materiale di realizzazione (Figura 7C).
La combinazione dei parametri primari ha permesso di ricavare la Classe di Vulnerabilità dei ponti del campione (Figura 7D). La rappresentazione è comprensiva della correzione legata al numero di campate, applicata per 16 ponti. Il livello di esposizione valuta le conseguenze di una interruzione di servizio della rete stradale legata al crollo di uno dei suoi attraversamenti.
Simulare possibili scenari dovuti al collasso di un viadotto comporta una stima dei danni in termini di capitale umano ed economico. In ambito applicativo, la probabilità di subire perdite umane viene legata a due parametri a carattere primario: il TGM e la luce media della campata. Per una valutazione speditiva della resilienza della rete, vengono introdotti alcuni parametri secondari quali la presenza di alternative stradali e l’individuazione della tipologia di Ente scavalcato.
In questa fase è necessario richiedere informazioni all’Ente gestore circa la possibilità che sul manufatto circolino merci pericolose. Il dato viene usato per definire un ordine di priorità fra manufatti appartenenti a una stessa classe di attenzione. Si riportano alcune considerazioni in merito ai dati che hanno influenzato i risultati dei livelli di esposizione del campione. Le luci medie di 32 manufatti sono inferiori a 20 m, i restanti 18 hanno una luce media compresa tra 20 e 50 m.
In termini di TGM, per 33 ponti il numero di transiti si è attestato su un valore basso (≤ 10.000 veicoli/giorno), mentre per altri due si è attestato su un valore medio (10.000 < veicoli/giorno < 25.000). Per la restante parte si è provveduto alla stima del dato attraverso valutazioni comparative con i transiti rilevati su arterie stradali similari per caratteristiche.
Per questi manufatti, il TGM è risultato essere basso. Il livello di esposizione associato alla tipologia di Ente scavalcato risulta medio per 47 attraversamenti (strade a viabilità secondaria o su corsi d’acqua). Solo tre ponti sorpassano strade a viabilità primaria e rientrano pertanto nel livello di esposizione alto.
Per ciascun manufatto sono stati individuati percorsi alternativi adeguati in termini di costi, tempi e distanze su cui deviare i flussi di traffico in caso di chiusure o limitazioni. Il parametro non ha dunque influenzato i risultati nel seguito esposti. Le interazioni con l’Ente gestore hanno permesso di stabilire che il transito di merci pericolose sui ponti del campione ha carattere meramente occasionale e non determina un incremento di esposizione per le strutture in esame.
In Figura 9 vengono rappresentati i livelli di esposizione dei manufatti del campione in funzione dei parametri esposti. I dati evidenziano livelli di esposizione contenuti, in linea con il contesto oggetto di studio. Si procede alla determinazione della CdA strutturale e fondazionale combinando per ciascun ponte i risultati ottenuti in termini di pericolosità, vulnerabilità ed esposizione.
In conclusione di questa parte dello studio, si riportano le distribuzioni del campione in termini di CdA strutturale e fondazionale (Figura 10).
La valutazione delle patologie ricorrenti
In Figura 11 vengono riassunte le forme di degrado maggiormente ricorrenti nel campione. Tra i difetti di peso medio e medio-basso, sono ricorrenti le problematiche legate all’ammaloramento delle superfici in calcestruzzo: dilavamento, presenza di macchie di umidità, tracce di scolo.
La maggior parte di essi è riconducibile a disfunzioni nel sistema di allontanamento delle acque piovane. Più della metà dei ponti del campione presenta difetti progettuali: 15 non hanno un sistema di convogliamento delle acque e 12 presentano scarichi di lunghezza insufficiente (Figura 12).
Ai deficit progettuali si aggiungono carenze nella manutenzione ordinaria, come evidenziato dalla presenza di pozzetti ostruiti e scarichi danneggiati. L’azione dilavante dell’acqua, la presenza di ambienti umidi e particolarmente aggressivi sono cause dirette del distacco del copriferro. Dei 38 ponti su cui è stato riscontrato degrado da dilavamento, 32 hanno evidenziato fenomeni di distacco del copriferro su vari elementi.
Per quanto i dati mostrino una correlazione marcata tra i due difetti, fra le cause del distacco non vanno dimenticate possibili sottostime dello spessore del copriferro in fase progettuale ed esecutiva, oltre che la presenza di scarso interferro. La mancanza di uno strato di ricoprimento adeguato determina l’esposizione delle armature all’ambiente circostante. Se prolungata, l’azione degli agenti aggressivi provoca l’ossidazione e la corrosione delle barre di armatura (Figura 13).
Nei casi più estremi si assiste a una progressiva diminuzione della sezione della barra, che determina una riduzione della capacità portante dell’elemento in cui è inserita [5]. I dati mostrano come 36 ponti del campione presentano armature ossidate e corrose, 28 hanno staffe scoperte e ossidate. Solo per quattro manufatti è stata rilevata la rottura delle armature trasversali. Nel campione sono presenti due ponti con selle Gerber, elementi da considerarsi critici per la struttura [6].
Su entrambi i manufatti sono state rilevate forme di degrado avanzato riconducibili alle infiltrazioni delle acque di piattaforma che hanno favorito processi di ammaloramento del calcestruzzo e delle armature (Figura 14).
Ulteriore difetto che può pregiudicare il comportamento statico globale di un ponte è lo scalzamento di pile o spalle, inteso come la rimozione di materiale solido attorno ai sostegni immersi di una struttura dovuta alla corrente [7 e 8]. Il campione analizzato presenta sei manufatti con problemi di scalzamento (Figura 15).
I ponti del campione sono per lo più interessati da lesioni poco estese e intense, ad eccezione di alcuni in cui sono state rilevate fessure diagonali, verticali e orizzontali (Figure 16A e 16B sotto).
Conclusioni
L’applicazione della Norma a un contesto provinciale, significativo per numerosità del campione, ha permesso di riscontrare alcune difficoltà applicative del metodo. L’esperienza ha dimostrato come i suoi risultati siano fortemente influenzati dal livello di conoscenza raggiunto sul ponte oggetto di indagine.
Reperire informazioni circa l’anno di costruzione, le ipotesi alla base del concepimento della struttura, ricostruire lo storico degli interventi manutentivi programmati sul ponte si è rivelato un procedimento articolato, che ha prodotto risultati soddisfacenti solo sul 26% del campione. Per la restante parte, il risultato delle ricerche è parso lacunoso e frammentario.
Sebbene sia possibile sopperire alla carenza documentale con analisi storico-critiche e comparazioni con beni di caratteristiche similari, le incertezze di questi passaggi si ripercuotono inevitabilmente sull’accuratezza dei risultati ottenuti.
Bibliografia
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[3]. Agenzia Nazionale per la Sicurezza delle Ferrovie e delle Infrastrutture Stradali e Autostradali – “Istruzioni operative per l’applicazione delle Linee Guida per la Classificazione e Gestione del Rischio la Valutazione della sicurezza ed il Monitoraggio dei Ponti esistenti”, 2022.
[4]. Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici – “Linee Guida per la Classificazione e Gestione del Rischio la Valutazione della sicurezza ed il Monitoraggio dei Ponti esistenti”, 2020.
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[9]. G. Santarsiero, A. Masi, V. Picciano, A. Digrisolo – “The Italian Guidelines on Risk Classification and Management of Bridges: Applications and Remarks on Large Scale Risk Assessments”, Infrastructures 2021, 6, 111, https://doi.org/10.3390/infrastructures6080111, 2021.
[10]. E. Saler, V. Pernechele, G. Tecchio, F. da Porto – “Application to an urban bridge stock of prioritization procedure based on seismic assessment compared with the Novel Italian Guidelines”, Ecomas Procedia, ISSN 2623-3347, 2021.
[11]. E. Renzi, A. Rossi, G. Tamasi, G. Tabelli, C. Miccinelli, A. Lanzi, M. Vaccariello, C.A. Trifarò – “Operating instructions to the guidelines for risk classification and management, safety assessment and monitoring of existing bridges and seismic risk”, Procedia Structural Integrity 44, pp. 737-744, Elsevier Ltd, 2023.
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