Risposta strutturale di ponti ad arco in muratura soggetti a scalzamento idraulico

Lo scalzamento idraulico è solitamente difficile da rilevare e può produrre effetti catastrofici per la struttura

Lo scalzamento idraulico è un fenomeno che comporta, principalmente in concomitanza di eventi di piena, la rimozione di terreno al di sotto delle sottostrutture (pile e spalle di ponti) collocate in alveo. Il fenomeno può essere molto difficile da rilevare e può passare inosservato fino a produrre effetti catastrofici sulla struttura, generalmente legati alla perdita di sostegno al piede e ai cedimenti fondali.

Tra i numerosi fattori che influenzano la vulnerabilità dei ponti allo scalzamento, la profondità delle fondazioni e la tipologia del ponte sono particolarmente importanti. I ponti ad arco in muratura, che per secoli sono stati la soluzione più utilizzata per attraversare i corsi d'acqua, sono particolarmente vulnerabili a questa azione, a causa della loro vetustà (e conseguente avanzato stato di degrado), all’elevata rigidezza e al fatto che sono stati costruiti su fondazioni poco profonde o su pali in legno, che con il tempo tendono alla marcescenza.

Inoltre, è opportuno considerare come il numero di ponti in muratura esistenti e ancora funzionanti in tutto il mondo sia piuttosto elevato, e questo contribuisce all’innalzamento del livello di rischio nei confronti di tale fenomeno. La maggior parte di questi ponti ha anche un importante valore storico e culturale e quindi la loro conservazione assume ancor più un’importanza notevole, per via delle gravi perdite del valore immateriale potenzialmente derivabili da un danno o crollo dell’opera.

La rilevanza del problema è confermata dal gran numero di crolli di ponti provocati da eventi di origine idro-geologica registrati negli ultimi decenni, in gran parte conseguenti all'aumento di eventi meteorologici estremi prodotti da un ormai evidente cambiamento climatico.

Pertanto, la comprensione degli effetti dello scalzamento sulle strutture dei ponti è di fondamentale importanza per lo sviluppo di strategie efficaci di monitoraggio e per lo sviluppo di sistemi di allerta (“early warning”). L’attività di ricerca condotta dall’Università di Camerino (Fabrizio Scozzese e Andrea Dall’Asta) in collaborazione con l’Università di Strathclyde a Glasgow (Enrico Tubaldi) ha l’obiettivo di valutare l'impatto dello scalzamento sui ponti ad arco in muratura.

Nello specifico, lo studio mira all’identificazione di un set di parametri di risposta strutturale sensibili allo scalzamento e facilmente monitorabili, che possano agevolmente essere impiegati, sia come parametri sintetici di danno per la valutazione della vulnerabilità e del rischio dei ponti, sia per fornire informazioni sulla grandezze fisiche (spostamenti, deformazioni, rotazioni) da misurare sul ponte durante una campagna di monitoraggio continuo finalizzata alle valutazioni dello stato di salute dell’opera (“structural health monitoring”).

A tal fine, sono state eseguite analisi numeriche approfondite su un caso studio rappresentativo della tipologia di ponte in oggetto per quantificare l'evoluzione di vari parametri di risposta, sia cinematici (spostamenti, deformazioni, rotazioni) che modali (frequenze naturali e forme modali), in presenza di vari scenari di scalzamento di gravità crescente.

I meccanismi di danno più ricorrenti (che coinvolgono pile, timpani e archi) sono stati analizzati e correlati ai livelli di scavo che li hanno prodotti, in modo da individuare una relazione univoca tra causa (profondità di scavo) ed effetto (meccanismo di danno), utile ai fini dell’implementazione di strategie di monitoraggio di tipo indiretto, nelle quali il livello di scavo può essere dedotto a partire dalla misura della risposta strutturale.

I risultati dell’attività di ricerca in corso rappresentano uno piccolo passo verso lo sviluppo di una metodologia unificata per la valutazione del rischio idraulico dei ponti, che, ad oggi, a differenza di quanto avviene per il rischio sismico, non ha ancora raggiunto un livello di maturità adeguato.

La relazione è stata presentata nel corso dell'evento WoMab 2024, tenutosi a Padova il 12 e 13 settembre.