Per valutare la vulnerabilità del singolo arco stradale che compone la rete stradale, è necessario valutare le conseguenze indotte dai fattori di pericolo su ciascun elemento dell’infrastruttura. Ogni elemento dell’infrastruttura stradale presenta una diversa propensità a subire un danneggiamento, in riferimento al singolo fattore di pericolo considerato e in funzione delle caratteristiche costruttive, tecniche e funzionali dell’elemento stesso. Se ci riferiamo alla disponibilità o indisponibilità della strada i fattori di pericolo sopra elencati possono provocare in linea generale due tipologie di scenari:
• Ostruzione: presenza fisica di ostacoli nella sezione del traffico. Esempi: nevicate, blocchi rocciosi e frane, incidente veicolare, macerie, allagamento, ecc. A seconda del tipo di ostacolo la circolazione del traffico può essere interrotta per un periodo più o meno lungo.
Pag. 40 a 249 • Danneggiamento strutturale: gli elementi strutturali che compongono l’infrastruttura stradale possono danneggiarsi a seguito di una sollecitazione, (per esempio sollecitazione sismica) a tal punto da non essere più funzionali al traffico veicolare, come per esempio formazioni di crepe o gradini sulla piattaforma stradale, crollo o cedimento di opere di sostegno, crollo o cedimento di un ponte o di una galleria. A seconda del tipo di danneggiamento subito la circolazione del traffico può essere interrotta per un periodo più o meno lungo.
La prima tipologia di eventi comportano un tempo di fuori servizio con una interruzione totale o parziale del traffico attraverso l’elemento ostruito. Questa tipologia di eventi possono portare all’interruzione di uno o più archi della rete. A seconda della genesi dell’evento le ostruzioni possono coinvolgere una porzione di rete più o meno estesa. Nel caso di un incidente ad esempio l’interruzione sarà limitata all’arco su cui è localizzato l’incidente stesso. Se invece prendiamo ad esempio ostruzioni derivanti da frane o macerie generatesi a seguito di eventi sismici tali ostruzioni possono coinvolgere più archi della rete contemporaneamente e ciò può mandare in crisi grandi porzioni di territorio. Per ostruzioni che occupano un singolo arco si può ragionevolmente ipotizzare una ridistribuzione del traffico all’interno della rete stessa anche se con un aumento di tempo e costi. Per ostruzioni multiple si possono avere invece ampie zone di territorio isolate con l’impossibilità di una redistribuzione del traffico all’interno della rete. La seconda tipologia di evento oltre a provocare una interruzione del servizio generalmente di durata maggiore rispetto alla prima tipologia, richiedono operazioni di riparazione del danno o sostituzione dell’elemento danneggiato che, comportano un maggior tempo di ripristino per la piena funzionalità della strada. Si possono anche verificare scenari in cui si hanno contemporaneamente eventi di ostruzione ed eventi di danneggiamento degli elementi che compongono l’infrastruttura stradale tali da creare ampie zone isolate.
Nel breve termine per esempio se guardiamo all’orizzonte temporale della gestione dell’emergenza potrebbe essere sufficiente avere l’informazione relativa alla disponibilità o indisponibilità dei singoli archi stradali per individuare i percorsi che potranno essere utilizzati dalle squadre di soccorso. Per il breve termini è necessario quindi individuare delle funzioni di danno che creano un legame tra la sollecita attesa e la probabilità annua di interruzione dell’arco stradale. Ovviamente per poter definire un legame funzionale tra sollecitazione e probabilità di interruzione dell’arco stradale è necessario esaminare per ogni tipo di sollecitazione il comportamento dell’elemento dell’infrastruttura. Per esempio, se consideriamo le piogge, dobbiamo esaminare come tale evento iniziatore può portare ad eventi incidentali quali, ad esempio, frane di tipo colate o scorrimenti rotazionali, che possono creare ostruzioni o danneggiamenti strutturali. Se consideriamo il sisma, dobbiamo esaminare come l’azione sismica interferisce con i diversi elementi della strada. Nel lungo termine è importante comprendere anche i tempi di ripristino dei singoli archi stradali al fine di comprendere quale potrebbe essere il tempo necessario per il ripristino della normalità su tutta la rete. Anche per questo secondo scopo è necessario individuare funzioni di danno che
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forniscono una indicazione sul livello di danneggiamento dell’elemento stradale al quale può essere associato un tempo di ripristino del singolo elemento e di conseguenza dell’intero arco stradale.
Tra fattori di rischio naturali quelli che maggiormente preoccupano per l’impatto negativo su una rete infrastrutturale sono gli eventi sismici. La fragilità di un sistema strutturale all’azione sismica viene comunemente valutata attraverso le curve di fragilità. Dette curve rappresentano la probabilità che il sistema raggiunga un particolare livello di danno al variare dell’intensità sismica. Tale metodologia di rappresentazione si sta diffondendo anche in altri settori dell’ingegneria e nel seguito verrano presentate ad esempio alcuni studi sulle frane. La vulnerabilità strutturale o intrinseca di un manufatto rappresenta la propensione al danneggiamento della struttura o elemento, sottoposto ad un’azione sismica che può essere discretizzata attraverso l’utilizzo di classi di danno. Lo studio della vulnerabilità del singolo elemento comporta, in linea teorica, la stima del grado di danno atteso per ogni livello d’intensità sismica. Il graduale passaggio ad un approccio di tipo prestazionale ha condotto i ricercatori ad utilizzare sempre più le curve di fragilità come strumento per descrivere le prestazioni della struttura a diversi livelli di intensità sismica (Muntasir Billah et alii 2015). Le “curve di fragilità” rappresentano infatti il modo concettualmente più chiaro, ed anche il più completo, di eseguire la stima del grado di danneggiamento in funzione dell’intensità sismica. Lo sviluppo di curve di fragilità per la valutazione del rischio sismico può essere fatta risalire al 1975, quando Whitman et alii (1975) hanno formalizzato la procedura di valutazione del rischio sismico. Successivamente, il Consiglio di tecnologia applicata (ATC) e l'Agenzia federale di gestione delle emergenze (FEMA) hanno contribuito in modo significativo allo sviluppo delle funzioni di fragilità e alla definizione delle procedure per la valutazione della vulnerabilità. Il concetto di funzione di fragilità continua è stato inizialmente presentato dalla relazione ATC 25 (ATC, 1991). Più tardi nel 1997, la Federal Emergency Management Agency (FEMA) ha introdotto la valutazione del rischio attraverso l’utilizzo di curve di fragilità nel pacchetto software, Hazard United States (HAZUS, 1997). Durante gli anni HAZUS ha subito uno sviluppo significativo e la versione più recente HAZUS-MH 4 è in grado di valutare potenziali rischi e perdite da terremoti, inondazioni e uragani. In generale una curva di fragilità di un sistema strutturale rappresenta, al variare dell’intensità sismica, la probabilità che il sistema raggiunga un particolare livello di danno. Le curve di fragilità mettono, quindi, in relazione l’intensità sismica con la probabilità di raggiungere o superare un dato livello di danno (ad esempio minore, moderato, esteso, collasso) per ciascun elemento a rischio. Il livello dell’agitazione sismica può essere quantificato utilizzando numerosi parametri sismici, quali il valore di PGA (accelerazione di picco del suolo), velocità, spostamento, accelerazione spettrale, velocità spettrale o spostamento spettrale. Le curve di fragilità sono solitamente descritte da una funzione di ripartizione lognormale.
Pf (ds ≥ dsi|S) = ΦD = EFGF∙ ln K
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Dove Pf è la probabilità di raggiungere o superare un particolare stato di danno, ds, per un dato livello di intensità sismica definito dal parametro del terremoto, (S), Φ è la funzione di probabilità cumulativa standard, Smi è il valore di soglia medio del parametro S richiesto per determinare lo stato
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di danno ith , e βtot è la deviazione standard lognormale. La costruzione delle curve di fragilità secondo l’equazione sopra scritta richiede la definizione dei parametri Smi e βtot.