Methodological approach to evaluate multi hazard risk on bridges and viaducts

According to the usual defi nition, risk is a combination of Hazard, Exposure and Vulnerability, representing the global damage amount connected to a particular event that may occur in a given area in a prefi xed return time. According to the previous defi nition, a “multihazard risk analysis” needs a methodological approach able to combine in terms of effects several different natural events that may occur in an area. This analysis has the purpose of defi ning political and technical programs for risk mitigation, so to address public resources where priorities are high. Bridges play a primary role in the development and application of such analysis, showing high vulnerability towards great natural hazards such as fl oods and seismic actions. In this paper the results of a multi hazard analysis carried out taking into account seismic and hydraulic hazards on bridges in Capitanata region (FG - Puglia Region, South Italy) are presented. This work has been developed in a research project, named “Studio di Fattibilità per il Monitoraggio e la Messa in Sicurezza delle Aree Urbane a Rischio di Stabilità Statica e Vulnerabilità Strutturale nella Città e Provincia di Foggia” managed by the Autorità di Bacino della Puglia together with the Technical University of Bari. The proposed approach is based on the defi nition of a synthetic Index, named Priority Index, that simply defi nes the global risk level associated. It summarizes several information connected to the main structure properties, related to seismic and hydraulic local effects, to the exposition and to the functionality. The Seismic Damage Index is strictly connected to the structural behavior and its response to seismic actions expected in the well defi ned area. It compares the spectral acceleration representing the site design spectrum with two other spectral acceleration values considered equivalent to Hazus median damage function accelerations, corresponding to slight damage and complete damage for the structure. The Hydraulic Damage Index furnishes a quantitative information on the bridge behavior with respect to fl oods, and it is dependent on geometrical characteristics of the bridge cross section and on climatic and geomorphological properties of the river watershed. It compares the expected fl ow at a fi xed return time with the maximum hydraulic capacity of the bridge cross section. The Functionality Index is connected to the exposition of the structure being not dependent from the specifi c hazard analyzed. It summarizes information such as road class, expected traffi c levels and bridge length to defi ne a sort of hierarchical classifi cation of the investigated structures.

In accordo con la consueta defi nizione, il rischio è dato dalla combinazione di Pericolosità, Esposizione e Vulnerabilità, e rappresenta il livello di danno complessivo associato ad un particolare evento che si può verifi care in una determinata area e con un prefi ssato tempo di ritorno. Coerentemente con questa defi nizione, una “analisi di rischio multihazard” è fondata su un approccio metodologico in grado di combinare gli effetti di vari e differenti eventi naturali che si possono verifi care sul territorio. Tale analisi ha lo scopo di orientare programmi tecnici e politici alla mitigazione del rischio, al fi ne di indirizzare le risorse pubbliche laddove ci siano maggiori priorità. I ponti, in particolare, giocano un ruolo prioritario nello sviluppo e nell’applicazione di questo tipo di analisi, in quanto palesano elevata vulnerabilità rispetto a grandi eventi naturali, come alluvioni e terremoti. In questo lavoro sono presentati i risultati di un’analisi multihazard portata avanti considerando la combinazione di pericolosità sismica ed idraulica su ponti della Capitanata (FG). Tale lavoro è stato sviluppato nell’ambito di un progetto di ricerca denominato “Studio di Fattibilità per il Monitoraggio e la Messa in Sicurezza delle Aree Urbane a Rischio di Stabilità Statica e Vulnerabilità Strutturale nella Città e Provincia di Foggia”, condotto dall’Autorità di Bacino con la collaborazione del Politecnico di Bari. L’approccio proposto si basa sulla defi nizione di un indice sintetico, denominato Indice di Priorità, che defi nisce il livello di rischio complessivo associato all’opera. Esso sintetizza una serie di informazioni legate alle principali caratteristiche strutturali, associate ad effetti sismici ed idraulici locali, alla esposizione e alla funzionalità. L’Indice di Danneggiabilità Sismica è strettamente connesso al comportamento della struttura, e alla sua risposta alle azioni sismiche attese in una determinata area. Si basa sul confronto tra l’accelerazione spettrale rappresentativa dello spettro di progetto caratteristico del sito, con altri due valori di accelerazione spettrale assunti pari a quelli defi niti come valori medi delle funzioni di danno Hazus corrispondenti allo stato di danno lieve e di collasso strutturale. L’Indice di Danneggiabilità Idraulica fornisce una informazione quantitativa sul comportamento del ponte nei confronti di eventi di piena, e dipende dalle caratteristiche geometriche della sezione dell’opera, oltre che da parametri climatici e geomorfologici propri del bacino sotteso. Esso confronta la portata attesa con un prefissato tempo di ritorno, con la massima capacità di defl usso attraverso la sezione dell’opera. L’Indice di Funzionalità è legato all’esposizione dell’opera, indipendentemente dallo specifi co hazard analizzato. Sintetizza informazioni quali classe della strada, livelli di traffi co atteso e lunghezza dell’opera, allo scopo di realizzare una classifi cazione gerarchica tra le opere indagate.