Post-earthquake repair strategies and functionality recovery profiles of damaged bridges

Bridges are the most vulnerable components of infrastructural networks exposed to extreme hazards, as seismic events. The evaluation of the overall resilience of the transportation network is needed to ensure the capability of the most critical elements within the infrastructural system to withstand the effects of natural catastrophes, without disproportionate losses at the community level. In this context, the design of prompt and effective recovery strategies apt to restore the original structural capacity of vulnerable bridges is a primary objective in the emergency response of communities. The purpose of the present work is to provide a methodology to assess the post-earthquake structural capacity of damaged bridges within the network and the recovery process from the time of earthquake occurrence up to the completion of the repair actions. The most common restoration strategies are investigated, even if the studies on the effectiveness are in constant development. There is still lack of practical guidelines and systematic standardization of optimal implementation and design of these techniques. Therefore, a review of repair and retrofit methods for bridge members available in the literature is carried out, in particular for RC bridges. In the definition of advantages and drawbacks of each technique, particular emphasis is given to repair time and monetary costs. An analytical framework is then proposed to evaluate the effectiveness of post-earthquake repair actions on damaged bridges, through the calibration of recovery profiles representing the restoration over time of their structural capacity. The proposed methodology has been tested by means of numerical applications on single RC damaged piers. The effectiveness of the applied confinement techniques in restoring the structural capacity is influenced by design parameters and post-earthquake residual performances. It is worth focusing also on repair time, which allows to define the methods as more suited to deal with emergency situations or as permanent solutions. Problems concerning implementation and cost of the repair procedures are taken into account, since they affect significantly the intervention decision-making processes.

All’interno delle reti infrastrutturali soggette ad eventi catastrofici, quali i terremoti, i ponti sono sicuramente i componenti più vulnerabili. Una valutazione della resilienza complessiva della rete diventa quindi fondamentale al fine di garantire che i singoli elementi siano in grado di far fronte alle conseguenze provocate dall’evento estremo, senza però riportare perdite eccessive per le comunità. Il ripristino rapido ed efficace dei componenti danneggiati costituisce una priorità nella risposta all’emergenza delle comunità colpite. L’obiettivo principale della tesi è fornire una metodologia per valutare la capacità strutturale di ponti danneggiati in seguito ad evento sismico e analizzarne il processo di recupero nel corso del tempo. Le strategie di intervento post-sisma rappresentano quindi il tema centrale dell’elaborato. Tuttavia, gli studi sull’efficacia delle tecniche di riparazione sono molto recenti e ancora in via di sviluppo; vi è infatti una carenza di linee guida per determinare la capacità strutturale residua di un elemento danneggiato e per progettare correttamente le diverse tecniche. Nella prima parte della tesi è stata condotta un’analisi riguardante gli interventi di riparazione e adeguamento presenti in letteratura per i componenti danneggiati di un ponte e, più nello specifico, per quelli in calcestruzzo armato. In particolare, sono stati messi in risalto vantaggi e svantaggi associati ad ogni tecnica, sottolineando gli aspetti legati alle tempistiche e ai costi. L’elaborato presenta quindi un approccio analitico per la valutazione delle strategie di recupero di una struttura danneggiata, il quale permette la calibrazione di curve che ne descrivono il ripristino della capacità strutturale nel tempo nel tempo. La validità e le potenzialità della metodologia proposta vengono dimostrate attraverso alcune applicazioni su singole pile danneggiate in calcestruzzo armato. Si evidenzia l’efficacia degli interventi considerati in termini di recupero di capacità strutturale, influenzata dai parametri progettuali e dal livello prestazionale residuo dell’elemento, e considerando i tempi di riparazione, che permettono di classificare l’intervento come soluzione d’emergenza o permanente. Inoltre, vengono presi in considerazione i problemi associati alla fattibilità tecnica ed economica, in quanto fondamentali nei processi decisionali.