Valutazione e gestione del rischio da frana lungo le infrastrutture di trasporto

Milano, 20 Maggio 2015Prof. Monica Papini - Prof. Laura Scesi

SP 62 1 dicembre 2002 2

SS 36 gennaio 2010 3

DGPV

Galleria M. Piazzo

SS 36: riapre la galleria del Monte Piazzo aprile 2015

A19 Palermo-Catania - rottura di un pilone a seguito di una frana11 aprile 2015

5

Le frane costituiscono una minaccia costante per determinati tratti della retestradale del nostro paese

Se i fenomeni avvengono lungo le strade interessate da elevato trafficoveicolare si possono verificare disagi dovuti a lunghe interruzioni di viecomunicazioni, danni alle infrastrutture e perdita di vite umane.

Crollo del terrapieno sulla provinciale 38 Olbia-Tempio in cui sono morte 3 persone (18 Novembre 2013)

Rottura della pavimentazione stradale

Le strade franano? 6

Il rischio lungo le strade

Ministero delle infrastrutture e dei trasporti→ Rete statale Regioni e Province → rete provinciale

Chi si occupa della gestione e della manutenzione ordinaria dellestrade extraurbane in Italia?

ANAS per la rete statale Province per la rete provinciale Regioni: forniscono le direttive e gli indirizzi agli Enti Locali

Chi programma gli interventi di ammodernamento?

Esistono delle strategie per migliorare la sicurezza delle strade controi pericoli naturali. Tali strategie si fondano tutte sul principio che ipericoli naturali devono essere considerati nel loro contesto globaleinsieme ad altri rischi.

L’analisi dei rischi consiste in una valutazione dei pericoli,dell’esposizione, delle conseguenze e dei rischi effettivi

Come viene gestito il rischio da frana lungo le strade?8

Concetto e variabili del rischio

• H = Pericolosità (probabilità di occorrenza di un evento di una data magnitudo)• V = Vulnerabilità (danno potenziale)• W = Elementi a rischio (valore dell’elemento a rischio: popolazione, proprietà, attività

economiche, ecc.)

Indice di rischio= H x V x W

x x

Pericolosità idrogeologica 10

Pericolosità idrogeologica

Identificazione dei pericoli1. Acquisizione, revisione ed analisi dei dati esistenti

- Documenti esistenti - Mappe degli indicatori di pericolo- Catasti degli eventi- Catasto delle opere di protezione

2. Analisi di eventi precedenti - Informazioni sugli eventi, le loro cause e l’impatto dei danni

3. Analisi della situazione geologica, geomorfologica e idrogeologica

- Censimento frane- Indagini ed analisi da eseguire per ciascuna

tipologia di fenomeno (crolli, scivolamenti, colate, ecc.)

4. Formulazione degli scenari - Definizione degli scenari sulla base dei periodi di ritorno degli eventi calamitosi

5. Valutazione delle misure di protezione esistenti

- Valutazione dell’affidabilità delle opere realizzate

Analisi degli effetti6. Analisi degli effetti - Con l’aiuto di tutti i dati disponibili si valuta la

probabilità spaziale di possibili eventi sulla base delle tipologie di processo (crollo, colate, ecc..)

7. Presentazione di analisi d’impatto: mappe di intensità

- Carte di intensità

11

Es. di mappa di pericolosità idrogeologica

Sorgenti

1 crolli 39°

2 crolli 33°3 frane attive4 frane quiescenti5 frane relitte6 debris attivi

7 debris quiescenti8 frane superficiali9 PAI A10 PAI B11 PAI C12 conoidi attivi13 conoidi quiescenti14 Valanghe15 Esondazioni lacustri16 Reticolo minore17 Reticolo maggiore18 Dighe19 Frane - Dgpv20 267_art921 Frane diffuse attive

22 Frane diffuse quiescenti23 Frane diffuse nd24 permafrost25 muretti secco26 ghiacciai27 pendenza <35°28 pendenza <40°29 pendenza <90°30 sprofondamenti

.

Very lowLowMedium

HighVery High

HAZARDLe metodologie per ladefinizione dellapericolosità sono bendefinite e ormaiconsolidate pertantoesistono mappe dipericolosità a scalaregionale, provincialeo locale.

Elementi a rischio o esposizione per una strada

Si tratta di individuare aree particolarmente sensibili per la presenza di persone, manufatti, beni.

Nell’ambito delle strade si può distinguere: esposizione diretta: a subire i danni sono gli utenti che utilizzano

una strada che riporta danni a seguito del verificarsi di un evento; esposizione indiretta: un sistema di trasporti inefficienti genera

danni economici, ritardi nell’erogazione dei soccorsi, ecc.

13

Per una infrastruttura si può farriferimento a:

traffico giornaliero medio (TGM)cioè condizioni ordinarie dellacircolazione. Maggiore il trafficogiornaliero medio, maggiorel’esposizione dell’infrastruttura.Alla strada viene assegnato unindice di esposizione direttamenteproporzionale al valore del TGM.

flusso orario. Ad ogni ramo dellarete viene attributo un certo valoredi esposizione

Elementi a rischio o esposizione per una strada 14

Vulnerabilità strutturale: si riferiscealla strada stessa e quindi alle suecaratteristiche costruttive (larghezza,curvatura, presenza di viadotti, ponti,ecc.)

Vulnerabilità naturale: si riferisce allecaratteristiche del territorioattraversato dalla strada e ai rischinaturali che lo contrassegnano

Vulnerabilità relativa al traffico ogenerata dal traffico (flusso di trafficonelle varie ore, ecc)

Vulnerabilità 15

ISPRA ha stimato 6.180 punti di criticità per fenomeni franosi lungo la rete stradale principale (autostrade, superstrade, strade statali, tangenziali e raccordi), di cui 720 lungo la rete autostradale.

Cosa succede sulla rete stradale in Italia? 16

E in Lombardia?Tipologia % Lunghezze

Autostrade 1 560 km

Strade nazionali 2 900 km

Strade regionali 16 11.000 km

Strade locali 81 58.000 km

CENTRI ABITATI E INFRASTRUTTURE A RISCHIO FRANA IN LOMBARDIA

6

5

4

3

2

1

02000 2020 2040

ScenariosA1BA1TA1FIA2B1B2IS92a (TAR method)

Tem

pera

ture

cha

nge

(OC

)

Years2060 2080 2100

AIIIS92

Bars show the range in 2100produced byseveral models

Cinzia Secchi, Carmela Melzi, Massimo Ceriani

Bersagli esposti al rischio frane in LombardiaBersagli area /lunghezza SLIDE DEBRIS FLOW ROCKFALL DSGSD

centri urbani 2456 km2 26.99 km2 3.1 km2 2.67 km2 7.5 km2

autostrade 564 km 0.13 km

strade principali 11792 km 449.82 km 55.85 km 198.05 km 121.61 km

strade locali 18749 km 536.86 km 57.96 km 127.57 km 262.89 km

ferrovie 1996 km 13.29 km 2.49 km 19.45 km 2.94 km

linee elettriche 8276 km 225.82 km 66.47 km 251.22 km 116 km

DeepSeatedGravitationalSlopeDeformation

Aree in frana lungo la rete autostradale lombarda

Austostrade

Aree in frana

Aree montuose

Aree di pianura

Cartografia delle franepresenti nella regione a cuiviene sovrapposta la reteautostradale lombarda

Aree in frana lungo le principali arterie dellaRegione Lombardia

Province Lombarde

stradafrane

Aree in frana lungo un’arteria stradale 21

PRIM methodologyIntegrated Regional Program for risk Mitigation

In realtà quando si tratta di valutare il rischio in una determinata area dove sorgono strutture o infrastrutture occorrerebbe fare una valutazione dei rischi non presi singolarmente ma INTEGRANDO diverse tipologie di rischio

• RISCHI NATURALI (incendio forestale, idrogeologico, sismico, meteo-climatico)

• RISCHI TECNOLOGICI (industriale)

• RISCHI LEGATI AD EVENTI RILEVANTI (incidenti stradali, sul lavoro,sicurezza urbana, ecc,)

Tramite tecniche di analisi spaziale vengono redatte mappe che riportano illivello di criticità regionale per ogni singolo rischio e poi tali mappe vengonointegrate in modo analitico per identificare gli elementi a rischio verso i qualiindirizzare gli interventi di mitigazione.

PRIM

22

To the integration

From the mono-thematic approach

PRIM methodologyIntegrated Regional Program for risk Mitigation

Cinzia Secchi, Carmela Melzi, Massimo Ceriani

Cinzia Secchi, Carmela Meli, Massimo Ceriani

PRIM

G.I.S

MAPS

RISKS

CRITICALAREAS

RISK GOVERNANCE

RISCHIO IDROGEOLOGICOMappa di rischio idrogeologico

0

0 – 0.20.2 – 0.5

0.5 – 1.51.5 – 10.0> 10.0

Cinzia Secchi, Carmela Melzi, Massimo Ceriani25

Carta di rischio dominante

Rischio dominante

Forestale

Idrogeologico

Industriale

Sismico

Incidenti sul lavoro

Meteorologico

Incidenti stradali

Cinzia Secchi, Carmela Melzi, Massimo Ceriani

Rischio idrogeologico lungo le strade

Non esiste una normativa che definisca un metodo univoco da utilizzare per la valutazione del rischio lungo una infrastruttura viaria.

Doveri autori hanno proposto metodi per tale valutazione prendendo in considerazione fattori diversi sia per H che per V che per W

Indice di rischio= H x V x W

27

Quale metodo scegliere?

28

Dove :𝑓𝑓 = frequenza delle frane (percentuale di strada in frana rispetto alla

lunghezza della strada considerate)

TV = volume di trafficoα = coefficiente di occupazione dei veicoliβ = sismicitàγ = presenza o meno di strade alternative

Indice di rischio idrogeologico lungo le strade

HRR = 𝑓𝑓×TV ×(α ×β ×γ)Gattinoni P. e Scesi L., 2014

29

Volume di traffico: valore massimo nelle 4 stagioniconsiderate

Coefficiente di occupazione: valore medio 1.76 Presenza o meno di strade alternative.

- nessuna: 1.5- parziali alternative: 1.2- alternative: 1

Sismicità:- alto rischio : 1.5- medio rischio: 1.2- basso rischio: 1.0

Indice di rischio idrogeologico lungo le strade30

Carta dell’indice HRR

Very high R>3000

High 2000<R<3000

Medium 1000<R<2000

Low 0<R<1000

Per le strade che si sviluppano in aree montuose….

Esistono metodologie specifiche: Rockfall Hazard Rating System (RHRS) - Dipartimento federale dei Trasporti degli Stati Uniti -

32

• Valuta i rischi geologici e le caratteristiche della strada

• Assegna alle diverse zone in cui viene divisa la strada un punteggio proporzionale alla gravità della situazione geologica e viabilistica

• Indirizza gli eventuali interventi di sistemazione

La procedura si articola in 6 passaggi:1. creazione di una banca dati con la localizzazione

dei siti in cui si sono verificati franamenti2. Analisi preliminare secondo l’iter della tabella che

consente di fare uno screening suddividendo lepareti in 3 classi A B C (alta media e bassapericolosità)

Rockfall Hazard Rating System (RHRS) 33

Rockfall Hazard Rating System (RHRS)

3. Analisi di dettaglio sulle pareti indentificate comeA per stabilire una priorità sulla base di 9parametri relativi agli aspetti tecnici deltracciato e alle caratteristiche geologiche

4. Progetto preliminare di risanamento checomprende una prima valutazione dei costi delleopere di sistemazione

5. Progetto definitivo e attuazione delle opere disistemazione

6. Revisione ed aggiornamento annuale dellabanca dati relativa alla caduta massi lungo lestrade

Novità!

PARAMETRI tecnici del tracciatoEfficacia trincea laterale per eventuale contenimento di materiale proveniente dalla parete)

Rischio medio veicolo (probabilità che un blocco roccioso cadendo colpisca un veicolo)

Percentuale di spazio di arresto (dipende dalla visuale)

Larghezza carreggiata

CARATTERISTICHE GEOLOGICHE DEL TRACCIATOAltezza parete (m)

Dimensione media degli elementi che potrebbero franare

Caratteristiche geologiche della parete (assetto strutturale, ecc.)

Dati storici

Clima

34

RHRS (Rock Hazard Rating System)

Parameters averageimpact

Roadway Width 12,82%

Ditch Effectiveness 19,55%Average Vehicle

Risk (AVR) 7,97%

% of decision sight distance 13,29%

Slope Height 6,74%

Block size 9,73%Geological Conditions 18,57%

Climate conditions 11,34%

Cosa fare dopo aver individuato le criticità della rete stradale?

TROVARE soluzioni o alternative di intervento per ridurre la vulnerabilità della stessa

• interventi di sicurezza attiva: tendono a ridurre la probabilità chel’evento si verifichi.

Come?- Ricostruendo le opere d’arte considerate vulnerabili o ancora intervenendo sull’ambiente circostante

per ridurre l’entità dell’evento (realizzazione di interventi di stabilizzazione dei versanti, riduzionedelle portate di piena di un bacino, etc);

- Itinerari alternativi da migliorare mediante interventi di manutenzione ordinaria e straordinaria

• interventi di sicurezza passiva: mitigano le conseguenze, non agendosull’evento.

Come?- Realizzando periodici interventi di manutenzione straordinaria; mettendo in atto strumenti di allerta, monitoraggio e controllo in real time, predisponendo modi e mezzi di trasporto alternativi da utilizzare durante l’emergenza in attesa del ripristino del collegamento stradale.

36

Studi e conoscenze sulla pericolosità idrogeologiche

Metodologie per la definizione del rischio idrogeologico

Messa a sistema delle varie metodologie applicate alle strade

Necessità di una formazione di tecnici che sappiano gestireil rischio idrogeologico per le infrastrutture tenendo conto ditutti gli aspetti (fenomeno, trattamento statistico dei dati,pericolosità, rischio in termini di gestione dell’emergenza,ecc.)

Conclusioni 37