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Br.I.N.S.E.: la valutazione della vulnerabilità sismica dei ponti

La simulazione di scenari di terremoto si configura come una delle più avanzate metodologie scientifiche per la valutazione probabilistica dei possibili effetti di danneggiamento indotto ai manufatti componenti le reti infrastrutturali esistenti

In questo articolo viene illustrata la problematica della gestione degli interventi di adeguamento sismico sui ponti appartenenti a reti stradali e ferroviarie in funzione dei possibili scenari di danneggiamento conseguenti all’occorrenza di eventi sismici.

Immagini

  • La simulazione di uno scenario sismico con Br.I.N.S.E. v1.0
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    La simulazione di uno scenario sismico con Br.I.N.S.E. v1.0
  • La maschera di classificazione adottata per la schedatura dei manufatti
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    La maschera di classificazione adottata per la schedatura dei manufatti
  • La rappresentazione dei ponti e dei tombini identificati nella zona Ovest della provincia di Verona
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    La rappresentazione dei ponti e dei tombini identificati nella zona Ovest della provincia di Verona
  • La rappresentazione dei ponti e dei tombini identificati nella zona Sud della provincia di Vicenza
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    La rappresentazione dei ponti e dei tombini identificati nella zona Sud della provincia di Vicenza
  • La rappresentazione della logica di funzionamento del Br.I.N.S.E. v1.0
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    La rappresentazione della logica di funzionamento del Br.I.N.S.E. v1.0

Il lavoro descrive le attività sinora svolte dal Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale dell’Università di Padova nell’ambito della valutazione a scala territoriale dei ponti appartenenti alle reti stradali e ferroviarie delle Regioni Veneto, Friuli-Venezia Giulia e Trentino-Alto Adige. Nello specifico, si illustrano le prime elaborazioni ottenute dal nuovo applicativo Br.I.N.S.E. v1.0 (Bridge Infrastructure Networks’ Scenario Earthquakes) nella valutazione della vulnerabilità sismica dei ponti esistenti ricadenti nell’area di studio analizzata.

La classificazione dei manufatti

La prima attività intrapresa è stata quella di eseguire una classificazione sistematica di tutti i ponti, attraversamenti, manufatti minori e tombinature di luce superiore ai 2 m appartenenti alle strade provinciali, regionali, statali ed alle autostrade presenti nelle regioni Veneto, Friuli-Venezia Giulia e Trentino-Alto Adige. Per un efficace svolgimento delle attività di identificazione e classificazione dei manufatti è stata strutturata una piattaforma informatizzata per il rapido svolgimento delle operazioni.

Complessivamente le operazioni di classificazione delle opere hanno portato all’identificazione di più di 13.000 manufatti tra ponti, viadotti, sovrappassi e opere minori all’interno delle reti stradali e autostradali analizzate e oltre 1.500 manufatti per la rete ferroviaria in questione.

Le curve di fragilità

Sulla base del quadro generale, si è proceduto alla caratterizzazione della vulnerabilità sismica di ciascun manufatto, mediante la costruzione di set di curve di fragilità in relazione alle caratteristiche strutturali e geometriche individuate in precedenza per ciascuna opera. Lo strumento utilizzato per la stima della vulnerabilità sismica è rappresentato appunto dalle curve di fragilità, ossia una serie correlazioni tra la probabilità di occorrenza di un set di predefiniti potenziali livelli di danneggiamento strutturale e il valore dell’azione sismica agente alla base della struttura. Le curve di fragilità rappresentano un metodo di analisi su basi probabilistiche ampiamente riconosciuto dalla comunità scientifica internazionale, in grado di tener conto di una serie di incertezze intrinseche al processo di caratterizzazione di una struttura.

I metodi di costruzione dei set di curve possono essere classificati in empirici o analitici: mentre nel primo caso le curve derivano da analisi probabilistiche condotte sui damage reports di eventi accaduti nel passato per le varie tipologie strutturali analizzate, nel secondo i risultati in termini di danneggiamenti strutturali sono ottenuti numericamente tramite l’esecuzione di un significativo numero di analisi numeriche.

I metodi empirici, come ad esempio l’europeo Risk-UE o l’americano HAZUS99, sono spesso utilizzati in letteratura scientifica per analisi di rischio sismico a scala territoriale, dati i ridotti oneri computazionali e la necessità di andare a valutare in maniera rapida un gran numero di strutture. Il vantaggio principale di tali metodi in questo tipo di applicazioni a scala territoriale è quello di andare a fornire una stima della vulnerabilità sismica relativa tra differenti strutture oggetto di analisi, permettendo in tal modo di definire degli indicatori in grado di stilare un potenziale ordine di criticità nel caso di occorrenza di uno specifico evento sismico.

Br.I.N.S.E.: la costruzione di un software per l’analisi territoriale del rischio sismico

Il nuovo applicativo Br.I.N.S.E. v1.0 (Bridge Infrastructure Networks’ Scenario Earthquakes), nella sua attuale prima versione è stato programmato in maniera tale da permettere lo svolgimento di simulazioni sismiche nell’area del Triveneto, ma nella successiva versione in fase di implementazione si amplierà il raggio d’azione in maniera da poter coprire l’intero territorio nazionale.

La schermata principale del programma risulta essere molto intuitiva, suddividendo in maniera chiara la parte di input e output dati. I dati di input sono costituiti da una serie di files derivanti dal database di Classificazione dei ponti e opere minori, selezionati in funzione della zona oggetto di simulazione sismica.

A ciò si aggiungono le caratteristiche principali dell’evento sismico di cui andranno a simulare gli effetti sul sistema infrastrutturale analizzato.

L’applicativo restituisce come primo output una mappa interattiva rappresentante la distribuzione spaziale dell’azione sismica in funzione delle caratteristiche geomorfologiche dell’area analizzata, fornendo un’iniziale idea dell’estensione della zona di maggior criticità e delle strutture più vicine alla zona epicentrale.

Sulla base delle principali caratteristiche di ciascun manufatto inserite tra i dati di input, il programma elabora i relativi set di curve di fragilità.

Tramite l’utilizzo di un cursore, è possibile spostarsi all’interno della mappa di danno sismico interrogando il software sulle specifiche caratteristiche strutturali dei manufatti analizzati, rappresentati nella mappa mediante simboli circolari: per ciascun manufatto, nella parte destra della schermata, vengono riportate le principali informazioni a livello strutturale, una rappresentazione fotografica e la valutazione della relativa vulnerabilità sismica.

Quest’ultimo output è rappresentato nel relativo Bridge Seismic Vulnerability Assessment Tool, in cui il software indica l’entità dell’azione sismica agente nello specifico sito in cui è ubicata la struttura selezionata e rappresenta i grafici delle curve di fragilità dell’opera, riportando infine i valori di probabilità di superamento dei differenti stati di danneggiamento considerati per l’accelerazione sismica derivata dallo specifico scenario sismico analizzato. I risultati ottenuti per tutte le strutture oggetto di analisi possono essere successivamente scaricati in formato dati per eventuali successive valutazioni. In Figura 6 viene infine riepilogata la logica di funzionamento del software Br.I.N.S.E. v1.0.

Conclusioni

In questo articolo sono state descritte le più recenti attività svolte dal Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale dell’Università degli Studi di Padova nell’ambito della valutazione a scala territoriale della vulnerabilità sismica di ponti appartenenti a reti infrastrutturali.

Nello specifico, sono state illustrate le attività che hanno portato alla costruzione di un database informatizzato dei ponti e delle opere minori appartenenti alla rete infrastrutturale stradale e ferroviaria del Triveneto. Successivamente sono state descritte le funzionalità e potenzialità del nuovo applicativo Br.I.N.S.E. v1.0 (Bridge Infrastructure Networks’ Scenario Earthquakes) programmato per la valutazione degli effetti di possibili scenari sismici sui manufatti appartenenti a reti infrastrutturali.

Le prossime fasi dell’attività saranno incentrate al miglioramento della struttura informatica dell’attuale versione v1.0 del programma e all’ampliamento dell’area di analisi e delle relative funzionalità, opzioni di visualizzazione e qualità dei files di output.