Decision Support System for hydraulic risk management of a river bridge

A number of river bridges collapses worldwide every year during flood events, due to combination of actions including traffic loads, water and wind load, river bed degradation, accumulation of debris. Incidence of failure is higher for relatively older bridges which may have been designed without adequate consideration for some of such actions, in particular the scour potential at piers and abutments; in this case, consolidation of bridge foundations may be required. As an alternative to structural rehabilitation we propose here a Decision Support System (DSS): a non-structural real time risk mitigation dataflow that aids the bridge managers to decide whether a bridge should be partially or totally closed to traffic. Regardless of the structure to manage, the DSS is basically composed by five conceptual blocks: (i) a real time monitoring system focusing on the evaluation of the environmental actions on the structure rather than on the health state of the structure itself: such choice allows sufficient lead time for bridge closure (such action may not prevent the damage of the structure but should avoid casualties); (ii) a data analysis tool to evaluate the reliability and validation of the data; (iii) a structural model to determine how far the structure is from collapse; (iv) a forecasting scenario to indicate how much time is left to exit from the safe operational domain of the structure and procedures to manage the structure from the normalcy to the emergency state. Then (v) a field application is presented and discussed. The methodology is presented with reference to the field case of a bridge over the river Po (Italy); its generalization to a larger variety of conditions is also discussed.

Ogni anno, nel panorama mondiale, molti ponti crollano durante eventi di piena. Questi crolli dipendono da diverse combinazioni che coinvolgono le forzanti al ponte, quali traffico, spinta del vento e dell’acqua e alcuni parametri che contribuiscono ad amplificarne l’effetto quali l’abbassamento del fondo del fiume vicino alle pile e/o spalle di ponte e l’accumulo di materiale flottante (ramaglie) a monte delle pile. Questi effetti colpiscono maggiormente i ponti vecchi in quanto all’epoca della loro costruzione alcuni fattori non erano presi in considerazione in fase di progetto, in particolare lo scavo localizzato attorno alle pile e/o spalle di ponte. In questi casi il consolidamento della struttura potrebbe essere necessario per ripristinare o potenziare la sua resistenza. In questa tesi si propone un’alternativa al rinforzo strutturale, ovverosia un sistema di supporto decisionale: DSS è il suo acronimo in inglese (Decision Support System). Questo sistema è una procedura in tempo reale per la mitigazione del rischio che supporta e consente all’ente gestore di decidere quanto il ponte deve essere parzialmente o totalmente chiuso al traffico. La struttura del presente DSS è composta da cinque blocchi concettuali: (i) un sistema di monitoraggio in tempo reale per la valutazione delle forzanti al ponte rispetto alla valutazione della risposta della struttura a dette forzanti. Questo consente di avere il tempo necessario per la chiusura del ponte (questo potrebbe non salvare la struttura dal crollo ma consentirebbe di evitare perdite di vite umane); (ii) un sistema di analisi dati per garantirne l’affidabilità e una procedura per la loro validazione; (iii) un modello strutturale per determinare quanto la struttura è distante dal collasso; (iv) degli scenari predittivi per quantificare quanto tempo manca al potenziale crollo della struttura e delle procedure che consentano di gestirla dalla normalità all’emergenza. Infine (v) è presente un caso reale su cui il DSS è stata implementato e testato. Lo sviluppo del presente DSS si riferisce al ponte stradale sul fiume Po in località Borgoforte, Mantova (Lombardia). È comunque presente una discussione in merito alla sua generalizzazione.