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Un applicativo per il deterioramento di ponti

Nel presente contributo viene illustrato il funzionamento di un applicativo software finalizzato a valutare, attraverso una serie di elaborazioni statistiche, la progressione dello stato di degrado di ponti e viadotti appartenenti a reti infrastrutturali

Nell’ultimo cinquantennio, in Europa si sono concentrati la maggior parte dei progetti per la realizzazione di  nuove infrastrutture viarie per far fronte al continuo incremento di traffico sia di persone che di merci. Poiché il sistema dei trasporti gioca un ruolo determinante nello sviluppo economico e sociale di un Paese, è questione di grande importanza mantenere quest’ultimo in condizioni efficienti, garantendone la massima fruibilità in ogni circostanza. 

Immagini

  • Un esempio di grave effetto di corrosione delle barre d’armatura in un elemento in c.a.
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    Un esempio di grave effetto di corrosione delle barre d’armatura in un elemento in c.a.
  • La rappresentazione del diagramma di flusso utilizzato dall’applicativo
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    La rappresentazione del diagramma di flusso utilizzato dall’applicativo
  • La rappresentazione completa dell’algoritmo per il calcolo del TSR (versione proposta)
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    La rappresentazione completa dell’algoritmo per il calcolo del TSR (versione proposta)
  • Le fasce di efficienza considerate nel presente lavoro
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    Le fasce di efficienza considerate nel presente lavoro
  • Le curve di deterioramento per l’elemento pila in cls armato
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    Le curve di deterioramento per l’elemento pila in cls armato
  • La rappresentazione del diagramma di deterioramento strutturale dell’opera (6A) per un generico anno (Year of the retrofit intervention)
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    La rappresentazione del diagramma di deterioramento strutturale dell’opera (6A) per un generico anno (Year of the retrofit intervention)
  • L’individuazione degli indici TSR e IPD per un generico anno (Year of the retrofit intervention)
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    L’individuazione degli indici TSR e IPD per un generico anno (Year of the retrofit intervention)
  • Lo scenario di deterioramento attuale per un gruppo di manufatti situati nel comune di Rovereto
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    Lo scenario di deterioramento attuale per un gruppo di manufatti situati nel comune di Rovereto
  • Lo scenario di deterioramento nell’anno 2020 per un gruppo di manufatti situati nel comune di Rovereto
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    Lo scenario di deterioramento nell’anno 2020 per un gruppo di manufatti situati nel comune di Rovereto
  • Lo scenario di deterioramento nell’anno 2030 per un gruppo di manufatti situati nel comune di Rovereto
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    Lo scenario di deterioramento nell’anno 2030 per un gruppo di manufatti situati nel comune di Rovereto
  • Lo scenario di deterioramento nell’anno 2040 per un gruppo di manufatti situati nel comune di Rovereto
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    Lo scenario di deterioramento nell’anno 2040 per un gruppo di manufatti situati nel comune di Rovereto

All’interno della rete stradale e ferroviaria sono collocati un gran numero di manufatti di attraversamento – ponti, viadotti, sovrappassi, opere minori – rappresentanti, sia gli elementi più impegnativi e dispendiosi dal punto di vista della realizzazione e delle risorse impiegate, sia quelli maggiormente esposti ai processi di deterioramento strutturale e caratterizzati dai livelli maggiori di vulnerabilità in caso di eventi calamitosi eccezionali.

In anni recenti, l’attenzione delle Amministrazioni e degli Enti adibiti alla gestione delle infrastrutture si è rivolta non più esclusivamente alla realizzazione di nuove opere, ma anche alla manutenzione di quanto già costruito. L’elevato onere economico da sostenere, e la cronica insufficienza di risorse da destinare, ha determinato la necessità di mettere a punto uno strumento di gestione razionale degli interventi di manutenzione straordinaria, tale da essere in grado di stabilire, su base probabilistica, la propensione al deterioramento strutturale delle opere presenti all’interno della rete.

Un tale strumento ha la funzione di garantire in ogni momento la sicurezza degli utenti e la corretta funzionalità dell’opera, e di assistere gli Enti e le Amministrazioni incaricate della gestione, nell’operare le scelte più congrue per quanto riguarda gli interventi di manutenzione straordinaria, puntando così alla massimizzazione dell’utilità delle risorse economiche destinate a questa tipologia di capitolo di spesa.

La struttura dell’applicativo

L’applicativo permette di simulare lo stato evolutivo medio del degrado strutturale per singoli manufatti e/o gruppi di opere infrastrutturali attraverso una serie di step sequenziali.

Il primo passaggio fondamentale consiste nella compilazione di una scheda di valutazione ispettiva a seguito di un’ispezione visiva in-situ; quest’ultima, volta alla definizione dello stato di salute dei diversi elementi strutturali mediante l’assegnazione di valori di Stato di Condizione (Condition Value, CV), e alla stima di un indice rappresentativo dello Stato di Efficienza Globale (Total Sufficiency Rating, TSR) della struttura, all’atto della visita.

I dati ispettivi vengono comparati con la previsione dello stato di deterioramento derivabile da un set di curve di danno relative ai differenti componenti strutturali. Successivamente, tramite l’applicazione di un algoritmo matematico, vengono generati numericamente dei possibili stati di danneggiamento globale per la specifica opera analizzata, identificandone al tempo stesso le relative collocazioni temporali. Infine, previa definizione di una serie di parametri relativi all’importanza dell’arteria stradale in cui è collocata l’opera analizzata (RT), all’entità del danno indiretto causato da un eventuale fuori servizio della stessa (NBI) e all’anno in cui si prevede l’esecuzione di un intervento di manutenzione straordinaria, sarà possibile derivare, come output, il valore del TSR relativo a tale istante temporale e un indice rappresentativo della velocità di progressione del degrado (IPD). 

La tecnica ispettiva

Lo strumento proposto si fonda sulla tecnica delle ispezioni visive, quindi sulla messa a punto di apposite “schede di valutazione” in grado di fornire un giudizio sullo stato di conservazione dei diversi elementi strutturali tramite l’assegnazione di un opportuno Condition Value (CV) e, conseguentemente, sull’opera nel suo complesso.

Ottenute le valutazioni relative ai vari elementi (CVs), si passa alla valutazione dell’intera struttura, quest’ultima, eseguita con l’algoritmo del Total Sufficiency Rating. L’algoritmo, messo a punto presso il Dipartimento di Ingegneria Civile Edile ed Ambientale dell’Università di Padova, elabora i giudizi assegnati ai vari elementi, restituendo un indicatore finale (TSR) che quantifica l’efficienza complessiva della struttura.

Riprendendo il lavoro svolto, è stata effettuata una revisione dell’algoritmo mirata al miglioramento dell’attendibilità complessiva dei risultati forniti. 

In un’ottica di gestione di rete (Network Level), è necessario definire diversi livelli di efficienza, cui far corrispondere altrettanti livelli di priorità di intervento.

I quattro livelli possono essere utilizzati dall’Ente gestore per definire un piano di priorità d’intervento sulla base delle informazioni fornite dagli indici ESR e TSR.

La stima degli scenari di degrado

A valle di quanto detto sinora, prima di addentrarsi nella procedura di simulazione del deterioramento, è necessario andare a definire particolari "curve di danneggiamento" relative ai diversi componenti della struttura; quest’ultime, ottenute tramite elaborazioni statistiche, consentono di stabilire trend di deterioramento per ciascun elemento strutturale. 

Ovviamente, affinché la stima possa essere ritenuta significativa, è necessario disporre di un numero sufficientemente grande di dati, e possibilmente suddiviso per categorie omogenee.

La generazione degli scenari di danno è una procedura iterativa finalizzata a simulare il comportamento della struttura in alcune sue particolari fasi di deterioramento, passando attraverso le varie fasce di efficienza precedentemente definite e stimandone, volta per volta, una progressiva collocazione temporale.

Il diagramma risultante permette di visualizzare l’andamento degenerativo delle prestazioni.

Per completare la valutazione della struttura, è infine necessario definire l’anno di intervento (o l’anno in cui si vuole ottenere la previsione) e il valore degli indici NBI e RT che, rispettivamente, tengono conto del tipo di strada in cui è collocata l’opera e il grado di comfort o disagio che deve essere sostenuto dall’utente nel caso dovesse intraprendere un itinerario diverso da quello inizialmente previsto.

Il risultato finale consiste nella definizione degli indici di efficienza della struttura (TSR) e di progressione del degrado (IPD) per la specifica opera esaminata. 

Il primo può essere visto come un punteggio che qualifica l’opera nel suo complesso, mentre il secondo è un indicatore della velocità prevista di progressione del danneggiamento. Quest’ultimo indice, essendo legato alle pendenze dei vari tratti della spezzata, risulterà tanto più grande quanto maggiore sarà la pendenza del segmento in cui ricade il valore del TSR. Stabilito l’anno nel quale si prevede di intervenire, o al solo fine di ottenere una previsione, sarà possibile calcolare i suddetti indici per una serie di opere in gestione, individuando quelle che richiedono maggiori attenzioni, stabilendo così un criterio di priorità nell’assegnazione delle risorse economiche destinate alle operazioni di manutenzione.