Management manutenzione e contr

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ISSN 2035-7982
Il managment ed il controllo di estese reti infrastrutturali di ponti mette in luce la difficoltà di
programmare gli interventi di manutenzione e nuova costruzione
Nuovi approcci per il managment, la manutenzione ed il controllo delle reti di ponti
Alessio Pipinato*
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Figura 1: Ponte Vasco de Gama (Armando Rito, Michel Virlogeux), Portogallo, 1998
La rete infrastrutturale italiana, ferroviaria e stradale, presenta oggi un elevato grado di vetustà e
comporterà a breve-medio termine una ingente richiesta di stanziamenti per interventi di
manutenzione e ricostruzione. In particolare i ponti si presentano oggi come elemento critico delle
arterie infrastrutturali, in quanto non più in grado di sopportare carichi e velocità agenti sempre
crescenti ed al limite in certi casi delle capacità resistenti dei materiali costitutivi assai degradati. Si
pone dunque con urgenza il tema dell’individuazione di un parametro di gerarchizzazione degli
interventi nella rete infrastrutturale via via in esame, non essendo possibile nella limitatezza delle
risorse intervenire con rapidità sull’intero insieme di ponti oggetto dell’indagine. In Italia oltre al
monitoraggio delle opere infrastrutturali previsto normativamente, non esiste una cogenza di
adozione di sistemi di Bridge Managment (BMS), altrove più diffusi ed utilizzati. Si presenta nel
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seguito un sistema di bridge managment perfezionato recentemente, che pone le basi per future
applicazioni in ambito infrastrutturale.
Introduzione
Con l'entrata in esercizio di un'opera infrastrutturale comincia istantaneamente il suo processo di
decadimento. Ne è testimonianza il fatto che nel settore delle costruzioni, ampio è l’impegno
economico dedicato al risanamento e alla manutenzione dei ponti. All’attività preliminare di
rilevamento dello stato del ponte, come le visite in situ , i rilievi, i sondaggi, le indagini chimicofisiche sui materiali, la definizione e la mappatura degli stati di fatto dell'opera, la valutazione della
sua capacità portante residua e di quella raggiungibile attraverso adeguate opere di rinforzo, si
affianca la tematica relativa all’individuazione delle priorità di intervento. La prassi operativa di
molti operatori del campo consiste nel rincorre l'evoluzione di sistemi il cui grado di vulnerabilità
precede ed alla fine sovrasta per ampiezza e gravità l'azione positiva tendente al loro recupero.
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Figura 2: Ponte Golden Gate (Joseph Baermann Strauss), San Francisco, 1937
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Figura 3: Ponte Normandia (Michel Virlogeux, Bertrand Deroubaix), Francia, 1995
Generalità
Uno studio promosso dal BRIME (2001) ha stimato il valore dei ponti della rete stradale nazionale
dei paesi partecipanti al progetto. E’ emerso che esso si aggira intorno ai 12 miliardi di Euro in
Francia, 23 miliardi nel Regno Unito, 4.1 miliardi in Spagna e 30 miliardi in Germania; in definitiva
le strutture da ponte si sviluppano per il 2 % della rete stradale e rappresentano il 30 % del valore.
L’Italia possiede un enorme patrimonio di opere d’arte viarie, a causa essenzialmente dell’orografia
tormentata del paese e di un sistema interno di trasporti basato principalmente sul sistema stradale.
Il mantenimento in efficienza di tale capitale è d’importanza vitale: per contro, comporta un
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notevole impegno tecnico e soprattutto economico, poiché alla voce manutenzione il complesso
delle opere d’arte maggiori e minori (ponti, viadotti e opere minori) pesa per più di un terzo della
spesa globale impegnata. Il ponte, infatti, pur essendo concepito come opera che potrebbe avere
una vita utile di circa cento anni, è soggetto a degrado dovuto a molti fattori quali l’aumento del
traffico e delle velocità agenti (vedi fenomeni di fatica), le aggressioni ambientale, gli eventi
eccezionali, i fenomeni lenti, che si sommano ad altre concause come difetti di progettazione o di
realizzazione. Se a questo si aggiunge la cronica insufficienza della manutenzione, è facilmente
spiegabile come una buona parte del patrimonio di opere presenti problemi legati a carenze
strutturali o a obsolescenza funzionale. La velocità di deterioramento è arrivata ad essere del 50 %
superiore a quella di costruzione, ovvero mentre si stanno costruendo due nuovi ponti, tre di quelli
esistenti si stanno degradando. Le affermazioni precedenti sono confermate anche da uno studio di
Yanev (1997) su 720 degli 860 ponti della città di New York. Da osservazioni sul campo e
utilizzando procedure statistiche, lo stesso studio conclude che, non sottoponendo a manutenzione
gli elementi di un ponte, essi vanno incontro ad una completa inefficienza molto prima dei cento
anni di vita della struttura: in particolare già dopo quaranta anni per le solette non dotate di giunti di
espansione, dopo trenta anni per gli elementi principali in acciaio o calcestruzzo armato, gli
apparecchi di appoggio, le pile, i marciapiedi e le solette dotate di giunti, e già dopo dieci anni per
gli stessi giunti di espansione. Accanto a operazioni di manutenzione, in alcuni casi gli interventi si
rendono necessari per l’adeguamento funzionale, per fenomeni di fatica (molto comunemente
trascurato, ma assai pericoloso) ed eventualmente sismico (solo laddove necessario). Da tutte queste
considerazioni si può comprendere l’esigenza degli enti gestori della rete viaria di adottare una
metodologia razionale di gestione della strutture da ponte. Con il termine di bridge management si
intendono tutte le procedure necessarie alla gestione di un insieme di opere dalla loro progettazione
e realizzazione alla fine della loro vita di servizio. La gestione riguarda il mantenimento sia
dell’aspetto della sicurezza sia di quello della funzionalità. La ricerca sviluppata si inserisce
nell’ambito del bridge management e più in particolare in quello dei sistemi di gestione dei ponti,
bridge management systems (BMS), dove per BMS si intende “uno strumento di assistenza dei
gestori delle opere d’arte stradali, nella scelta delle migliori strategie di gestione, in accordo con le
loro esigenze politiche, sociali e soprattutto economiche” (definizione dell’OECD, Road Research,
Francia). Essa vuole essere un contributo sotto il profilo dei criteri che portano alla
programmazione della manutenzione delle opere da ponte.
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I sistemi di gestione BMS
Nell’assicurare la migliore strategia di gestione delle opere appartenenti ad una rete di
comunicazione, il sistema agisce solitamente su due livelli: il Project Level Bridge Management ed
il Network Level Bridge Management. Il Project Level considera la gestione di ogni singola
struttura, considerata come isolata dalle altre che compongono l’insieme della rete. Le
considerazioni che guidano il processo decisionale sono basate esclusivamente sullo stato del ponte,
a livello di valutazione della sua condizione e della sua capacità portante. L’obiettivo è assicurare
che la struttura sia sicura ed efficiente dal punto di vista della funzionalità. Il Network Level è
maggiormente legato a considerazioni di tipo politico ed economico che coinvolgono tutto o una
parte dell’insieme di opere amministrate. A questo livello, le linee guida principali nelle operazioni
di gestione sono quelle economiche. Data la limitatezza di risorse disponibili, è necessario stabilire
una priorità di intervento che tenga conto sia delle condizioni dei ponti sia della loro importanza
all’interno della rete. I due livelli possiedono un alto grado di interazione: nel Network Level infatti,
la maggior parte delle informazioni, riguardanti gli aspetti della sicurezza e della condizione,
provengono dalle attività di ispezione dei singoli ponti (Project Level).
Un BMS basato su un bridge inventory italiano
Nel seguito viene presentata la struttura di un BMS recentemente perfezionato sulla base di un
bridge inventory (Ibrid), il quale a sua volta consente tramite ispezioni visive ed eventuali prove in
situ a immagazzinare notevoli informazioni su reti di ponti. Tali dati costituiscono la base di un
BMS. La migliore e più comune struttura di un Bridge Management System è quella organizzata in
moduli, ciascuno dei quali è costituito da modelli matematici, algoritmi e strumenti di analisi dei
dati. Ogni modulo costituente il sistema restituisce in uscita informazioni all’archivio. Questo,
organizzato a partire dai dati provenienti dalle ispezioni, contiene tutte le informazioni riguardanti
le strutture tra cui le informazioni morfologiche e tecniche, i risultati delle ispezioni, gli interventi
di manutenzione eseguiti e previsti.
I moduli implementati per una gestione efficace di un insieme di opere appartenenti ad una rete
viaria sono:
• il database;
• le ispezioni;
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• la valutazione delle condizioni;
• la valutazione della capacità portante;
• la valutazione del tasso di deterioramento e la previsione delle condizioni future;
• la valutazione dei costi dei diversi piani di manutenzione (Project Level);
• la determinazione dei piani di manutenzione ottimali e prioritari (Network Level).
Ai diversi componenti corrispondono le principali attività connesse alla gestione dei ponti, ovvero:
• le diverse tipologie di ispezione;
• i test;
• la valutazione delle strutture nelle diverse condizioni (struttura non deteriorata, struttura
deteriorata);
• la manutenzione preventiva:
• i lavori di riparazione;
• il rinforzo strutturale;
• la sostituzione della struttura.
Il BMS consente, a partire dal rilievo in situ dei dati tramite ispezioni visive di perfezionare
correlazioni di dati e stabilire sulla base di attribuzioni di condition value a singole difettosità un
insieme di costi propri del Project Level; da tale base di partenza è possibile poi risalire al Network
Level, ovvero ad un rating globale del ponte nei confronti della rete analizzata, pesando
aritmeticamente il suo grado di pericolosità dovuta al mancato ripristino. Il tutto viene
implementato attraverso un’interfaccia grafica su pc. Considerando quindi lo stock di ponti si è
effettuata una classificazione che permetterà agli enti gestori di programmare, considerando le
risorse finanziarie, un piano di manutenzione.
Conclusioni
Il problema della valutazione dello stato di consistenza di una struttura esistente, effettuata in forma
adeguata ad esprimere un giudizio sulla sua capacità a svolgere le funzioni per cui è stata costruita,
gioca evidentemente un ruolo determinante nell’ambito della conservazione e dell’adeguamento
delle strutture esistenti. Il contributo che si vuole dare con l’introduzione di questa nuova
metodologia, di valutazione del degrado degli elementi strutturali, è quello di fornire all’intero
problema un inquadramento metodologico oggettivo ed affidabile. Non è tuttavia possibile
eliminare la decisiva importanza del giudizio ingegneristico soggettivo, ed è proprio nel senso di
ridurre tale importanza che si è rivolto lo sforzo di questa ricerca. Esistono diverse procedure per il
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quadro complessivo di priorità ed alcune controversie sui vantaggi e sugli inconvenienti di ciascun
metodo, come risulta dalla ricerca svolta.
Risulta dal confronto tra i vari metodi analizzati che un’impostazione su tre livelli è la più adeguata:
-
un primo livello basato solo sulle priorità di un indice di condizione;
-
un secondo livello basato su criteri correlati con il tempo di servizio e
importanza della struttura nella rete;
-
un terzo livello basato su un dettagliata analisi costi – benefici.
L’introduzione di ulteriori coefficienti a livello di singolo ponte come quello ambientale, di
durabilità e di progettazione hanno lo scopo di proporsi come sussidio per la definizione di un
preciso programma di manutenzione, che per essere economicamente vantaggioso, deve basarsi
quindi, oltre che sulle condizioni attuali del degrado, anche sulle condizioni future previste, per le
strutture oggetto di valutazione fatto assolutamente necessario, per effettuare una programmazione
economicamente vantaggiosa. Risulta quindi infine che una manutenzione preventiva e
programmata adeguatamente abbassa i costi di gestione delle struttura da ponte nell’arco della sua
vita utile, visto tra l’altro l’andamento via via crescente che hanno i costi di ripristino e
manutenzione in funzione dell’aumento del degrado.
Figura 4: Ponte Akashi (Honshu Shikoku Bridge Authority), Giappone, 1998
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Figura 5: Esempio di architettura di un BMS, (Brime, 2001)
Bibliografia
- Yanev, B. (1998), Management of bridges in New York City, (New York City Dep of
Transportation), Engineering Structures, v 20, n 11, Nov, 1998, p 1020-1026
- BRIME (2001), Review of current practice for assessing the condition of bridges and
classification of defects, AA.VV., 1999
* Dipartimento di Costruzioni e Trasporti, Università degli Studi di Padova