UNA METODOLOGIA PER LA VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITÀ DEI SISTEMI TRASPORTO: APPLICAZIONE ALLA RETE VIARIA SICILIANA

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1 UNA METODOLOGIA ER LA VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITÀ DEI SISTEMI TRASORTO: ALICAZIONE ALLA RETE VIARIA SICILIANA Francesco Castelli Facoltà di Ingegneria e Architettura, Università di Enna Kore francesco.castelli@unikore.it Valentina Lentini Facoltà di Ingegneria e Architettura, Università di Enna Kore valentina.lentini@unikore.it Giosuè Distefano Facoltà di Ingegneria e Architettura, Università di Enna Kore giosue.distefano@unikore.it Sommario Le infrastrutture di trasporto assumono un ruolo di fondamentale importanza poiché numerosi episodi occorsi nel recente passato hanno dimostrato che l inefficienza del sistema viario e ferroviario può causare ingenti danni e disagi alla popolazione. Nonostante l importanza, sempre più frequentemente si assiste ad una perdita di funzionalità delle vie di comunicazione per effetto di fenomeni quali frane ed alluvioni, che possono ridurne drasticamente le capacità operative, se non addirittura causarne la perdita totale di funzionalità, con inevitabili ricadute sul sistema di gestione delle emergenze. Considerata la funzione assunta dalle infrastrutture viarie anche a livello di rete, è necessario valutare il livello di rischio derivante dal potenziale sviluppo di fenomeni di dissesto, che da un lato possono compromettere la viabilità, dall altro costituire un vero e proprio rischio per l incolumità degli utenti. Il presente contributo è incentrato sull analisi delle situazioni di criticità del territorio siciliano con riferimento all interazione tra la rete viaria ed i fenomeni franosi e tra la rete viaria e la rete idrografica, ed illustra una metodologia utilizzata per la stima quantitativa del rischio di perdita di vite umane per colate di fango. 1. Introduzione Le infrastrutture di trasporto, ed in particolare quelle stradali e ferroviarie, possono considerarsi tra le più importanti lifelines, per le quali quindi è necessario garantire adeguati livelli di affidabilità, anche in condizioni di emergenza, poiché esse devono essere in grado di assicurare: l accessibilità alle aree colpite, l arrivo dei soccorsi, l accesso alle strutture di protezione civile ed a quelle sanitarie. Negli ultimi anni, per questa ragione, l attenzione della comunità scientifica, degli enti gestori e delle pubbliche amministrazioni è stata rivolta alla messa a punto di metodologie per la valutazione del rischio da applicare al sistema di gestione delle infrastrutture, considerando l infrastruttura stessa un elemento essenziale del territorio. rescindere dai fattori di interazione dell infrastruttura con il territorio in cui questa è inserita, infatti, è inaccettabile per uno sviluppo sostenibile ed una gestione che miri ad assicurare i livelli di sicurezza ed affidabilità, anche in relazione alla funzione assunta dalla singola infrastruttura nel sistema di rete. In questo contesto le politiche e le strategie finalizzate alla prevenzione dei rischi ed alla riduzione della vulnerabilità, devono essere strettamente connesse con l assetto geomorfologico, geologico ed

2 idrogeologico, con le condizioni di sismicità e con una adeguata conoscenza del territorio (Castelli e Lentini, 2013; Castelli et al., 2016). 2. Analisi del rischio idrogeologico delle infrastrutture di trasporto Lo studio dei rischi ai quali possono essere esposte le infrastrutture lineari di trasporto ha carattere interdisciplinare e l iter procedurale di valutazione di quello idraulico e da frana è caratterizzato da una fase propedeutica che riguarda l identificazione delle criticità derivanti dalla rete idrografica e dai fenomeni di instabilità in atto o quiescenti. Gli attuali strumenti di pianificazione, quali ad esempio, il iano per l Assetto Idrogeologico (AI), la cui redazione è basata su criteri generali, spesso non tengono conto degli eventi cosiddetti minori che, invece, rivestono un interesse specifico ai fini di protezione civile. Al contrario, un censimento dei fattori di interazione tra dissesti e infrastrutture, può diventare un utile strumento di prevenzione, e specifiche analisi volte ad approfondire le circostanze che comportano eventuali criticità, possono minimizzare la probabilità di danni correlati ad eventi naturali significativi. Nel recente passato, alcune situazioni che hanno interessato il territorio siciliano, hanno comportato notevoli criticità, mettendo a dura prova il sistema locale e regionale di rotezione Civile. Sono di recente cronaca, infatti, numerosi fenomeni di dissesto che hanno interessato le strade della rete viaria siciliana, procurando per lunghi periodi notevoli disagi alla viabilità. In questo contesto, lo studio proposto costituisce un contributo alla conoscenza delle situazioni di potenziale criticità delle infrastrutture stradali e ferroviarie che si sviluppano nel territorio regionale. Con riferimento alla rete infrastrutturale stradale e ferroviaria siciliana è stato eseguito un censimento dei fenomeni di dissesto attraverso osservazioni mediante Google Earth ro e Street View (con immagini aggiornate al 2015), avvalendosi altresì della cartografia della Regione Siciliana (C.T.R., scala 1:10.000). In alcuni casi le informazioni acquisite sono state ulteriormente integrate e validate attraverso sopralluoghi. L approccio è stato innanzitutto quello di localizzare i possibili fenomeni da approfondire con studi successivi, in modo da stabilire le azioni per mitigarne gli effetti e pianificare le strategie di intervento. 3. otenziale sviluppo di fenomeni di dissesto idrogeologico lungo la viabilità Sul territorio siciliano è possibile riscontrare diffuse criticità nella stabilità dei versanti e del reticolo idrografico soprattutto in corrispondenza di alcuni agglomerati urbani, specie quelli costieri, laddove sono spesso disattesi i più elementari criteri per il rispetto del deflusso naturale delle acque. Inoltre, con riferimento alla rete viaria principale e secondaria, sono stati identificati dissesti potenziali o in atto, che in caso di attivazione del movimento comporterebbero ingenti danni al sistema di protezione civile, poiché interesserebbero infrastrutture che rappresentano l unica via di accesso all agglomerato urbano. 3.1 Interazione tra rete viaria e fenomeni di dissesto Nell ambito delle interferenze tra il reticolo idrografico e la rete viaria sono state individuate diffuse criticità definite nodi, riconducibili a due principali categorie: intersezioni tra viabilità e corsi d acqua, ed interferenza tra acque superficiali ed elementi antropici. Queste due categorie di nodi comprendono numerose situazioni di criticità tra cui: significative ostruzioni degli attraversamenti, trasformazioni delle geometrie dei corsi d acqua, assenza di continuità idraulica monte-valle, strade che si sviluppano lungo i corsi d acqua, riduzione delle sezioni utili di deflusso in corrispondenza di contesti abitati, sbarramenti dei tracciati a seguito della realizzazione di fabbricati, obliterazione degli assi drenanti naturali per la realizzazione di edifici, torrenti trasformati in strade, torrenti trasformati in strade in ambito urbano e/o extraurbano (alvei - strada). Con riferimento al territorio siciliano in Figura 1 sono riportati: il numero di nodi censiti per provincia

3 e la percentuale di nodi classificati in base al livello di rischio per tipologia di infrastruttura o contesto urbano (strade statali, SS; provinciali, S; comunali, COM; rurali, RUR; interferenze tra corsi d acqua e contesti urbani, URB) interessato dal fenomeno di dissesto (Varnes, 1984). Figura 1. Nodi a potenziale rischio idraulico e classificazione del rischio in funzione del tipo di intersezione. In Figura 2 sono riportati i fenomeni franosi che interferiscono con la viabilità e la suddivisione della Sicilia in 13 aree con indicazione dei nodi idraulici censiti, classificati in base al livello di rischio. Figura 2. Consistenza dei fenomeni franosi lungo la viabilità e localizzazione dei dissesti su CTR 1: La stima quantitativa del rischio da frana: il caso studio della SS117 bis di Enna Negli ultimi anni frequenti fenomeni hanno avuto un forte impatto sulla rete stradale e ferroviaria siciliana e sulla provincia di Enna in particolare (Figura 3). Durante la notte tra l 1 ed il 2 febbraio 2014, ad esempio, un fenomeno temporalesco ha interessato il centro abitato di Enna, causando il distacco di un ingente volume di materiale dal versante che costeggia la strada SS117bis. Il materiale si è riversato sotto forma di colata detritica su questa principale arteria di collegamento tra Enna e l Autostrada A19 (Catania - alermo), causando l isolamento della città per circa due giorni. 4.1 L area di studio La zona oggetto di studio è caratterizzata da piccoli bacini ( 0.3 km 2 ) con elevate pendenze di versante di circa I terreni nella parte superficiale sono in prevalenza costituiti da materiale detritico. In particolare, la zona interessata dall evento ha un bacino di 0,158 km 2, pendenza media di circa 20, ed escursione altimetrica m.s.l.m. Queste caratteristiche fanno sì che ad un evento pluviometrico di elevata intensità, spesso corrisponda una risposta del bacino rapida ed intensa.

4 4.2 Schema metodologico di riferimento La procedura adottata per valutazione del rischio si basa sull approccio metodologico proposto da Fell et al. (2005a,b,c), rappresentato da una soluzione che prevede le fasi di stima della pericolosità, delle conseguenze e del rischio. Il rischio di perdita di vite umane maggiormente esposte può essere valutato in termini probabilistici attraverso l espressione: dove: V ( LOL ) ( L) ( T: L) ( S: T ) ( D: T ) (1) (LOL) è la probabilità annuale che l elemento a rischio possa perdere la propria vita; (L) è la frequenza di accadimento del fenomeno franoso; (T:L) è la probabilità che la frana raggiunga l elemento a rischio; (S:T) è la probabilità spaziale e temporale dell elemento a rischio; V(D:T) è la vulnerabilità dell elemento a rischio. 4.3 Analisi della pericolosità L analisi della pericolosità consiste nell identificazione e classificazione delle frane potenziali o attive, unitamente alla stima della loro frequenza di accadimento. er la stima della pericolosità è innanzitutto necessario caratterizzare il fenomeno occorso in termini di volume d acqua mista a sedimenti, nonché la velocità del flusso confluito verso valle in occasione dell evento meteorico. Nel caso del presente lavoro sono stati impiegati i risultati di una modellazione numerica del fenomeno di propagazione della colata detritica condotta da Castelli et al. (2017), mediante il codice di calcolo FLO-2D, un modello bidimensionale che ricevendo come input un idrogramma predice l area di inondazione, la velocità e lo spessore del flusso dei detriti per ogni cella in cui la topografia dell area di studio è discretizzata. Sulla base di tali risultati, la probabilità (T:L) che il flusso raggiunga l infrastruttura in esame è stata assunta pari a uno. er ciò che concerne l analisi di frequenza, si ha (Corominas e Moya, 2008): L 1 (2) ( ) T essendo (L) la probabilità annuale di un fenomeno di assegnata intensità che si verifica in media una volta ogni T anni. er il caso in esame, assumendo il periodo di ritorno coincidente con quello della pioggia che ha determinato l innesco (T = 10 anni), la frequenza data dalla (2) è pari a 0,1 eventi/anno. 4.4 Analisi delle conseguenze L analisi delle conseguenze prevede: l identificazione e la quantificazione degli elementi a rischio; la stima della probabilità spaziale e temporale degli elementi a rischio; la stima della vulnerabilità degli elementi a rischio in termini di mortalità e/o ferimento di persone. La presenza di elementi a rischio è intesa corrispondente alla più alta probabilità spaziale e temporale (S:T) di trovare un veicolo in viaggio sull infrastruttura stradale in esame. er la stima della probabilità spaziale e temporale si è fatto riferimento alla densità veicolare come indicatore delle condizioni operative della SS117bis. Questa grandezza rappresentativa del numero di veicoli che occupano una data lunghezza di una strada in un preciso istante, può essere determinata come rapporto tra il tasso di flusso e la velocità media di viaggio, facendo ricorso al concetto di livello di servizio (L.d.S.) delle infrastrutture stradali. Gli intervalli di densità veicolare sono stati determinati applicando alla strada SS117bis la procedura HCM (Transportation Research Board, 2010) di analisi bidirezionale per la per strade extraurbane secondarie di tipo C, ipotizzando una percentuale di veicoli pesanti pari al 25% ed un omogenea distribuzione del traffico sulle due corsie. er il caso in esame, in

5 funzione dei dati di traffico disponibili, è stato desunto dalla Tabella 1 un valore di (S:T) pari a 0,75. L.d.S. Densità [Autovetture/km] (S:T) A B 4-8 C 8-13 D E-F >24 Tabella 1. Valori di probabilità spaziale e temporale adottati in funzione della densità veicolare. La vulnerabilità V(D:T) dell elemento in viaggio maggiormente esposto al rischio sulla strada è stata stimata attraverso un approccio diretto (Wong et al., 1997), in funzione dei dati della simulazione numerica e delle indicazioni di Cascini et al. (2011), riportate in Tabella 2 in termini di massima altezza h e velocità v del flusso. E stato pertanto assegnato un valore di vulnerabilità corrispondente al massimo dei valori di velocità (0.6 m/sec) e di altezza del flusso (h = 2.10 m) ottenuti dal calcolo con riferimento alle celle corrispondenti all arteria stradale in esame Scenario Altezza h(m)/velocità (m/s) Valori di V (D:T) 1. L infrastruttura è colpita dal flusso e i veicoli che in essa transitano hanno un alta probabilità di essere sepolti. 2. L infrastruttura è inondata dal flusso e i veicoli che in essa transitano hanno una bassa probabilità di essere sepolti. 3. Il flusso impatta l infrastruttura senza inondarla. h >1 e v > 5 h > 1 e 1 < v < 5 0,5 < h <1 e v > 5 h > 1 e v < < h < 1 e 1 < v < 5 h < 0,5 e v > < h < 1 e v < 1 h < 0.5 e 1 < v < 5 h < 0.5 e v < 1 Tabella 2. Valori della vulnerabilità dei veicoli esposti al rischio di debris flow Stima del rischio Il valore del rischio, ottenuto in base a quanto determinato nelle precedenti analisi della pericolosità, è pari a 6*10-3 /anno. Il rischio stimato è pertanto superiore a 10-4 /anno, valore corrispondente alla soglia di accettabilità stabilita dal Geotechnical Engineering Office di Hong Kong (Cascini et al., 2011). 5. Conclusioni La rete viaria siciliana presenta un significativo numero di punti critici relativamente alle interferenze con il reticolo idrografico e con fenomeni di instabilità potenziali e/o in atto, facendo emergere la necessità di un azione volta all approfondimento di queste situazioni. Nel caso della strada oggetto di studio, il risultato della procedura sviluppata è stato confrontato con una situazione reale. I valori del rischio ottenibili dalla procedura possono essere utilizzati per la redazione di una carta del rischio delle vie di comunicazione utile ai fini di rotezione Civile. La metodologia proposta, pur presentando alcune necessarie semplificazioni, intende fornire un supporto decisionale per consentire una prima individuazione e classificazione delle tratte infrastrutturali più esposte per una determinata tipologia di fenomeno, consentendo una migliore pianificazione degli interventi di salvaguardia e mitigazione.

6 (a) Figura 3. Consistenza dei fenomeni franosi (a) e dei nodi censiti (b) per la provincia di Enna. (b) Bibliografia Cascini, L., Bonnard, Ch., Corominas, J., Jibson, R., Montero J.-Olarte (2005). Landslide hazard and risk zoning for urban planning and development. In: Hungr O., Fell R., Couture R., Eberhardt E. (eds.) Landslide Risk Management. Taylor and Francis, London, pp Castelli F., Freni G., Lentini V., Fichera A. (2017). Modelling of a debris flow event in the Enna area for hazard assessment. roc. International Conference on the Material oint Method, Delft, Olanda Gennaio Castelli, F., Lentini V. (2013). Landsliding events triggered by rainfalls in the Enna area (South Italy). roc. 2 nd WLF, Rome, 3-4 October Castelli, F. Castellano, E. Contino, F. Lentini, V. (2016). Web-based GIS system for landslide risk zonation: the case of Enna area (Italy). roc. 12 th International Symposium on Landslides, Napoli, June Cascini L., Ferlisi S., De Chiara G., Mastroianni S. (2011). La stima quantitativa del rischio da frana (QRA): il caso studio di Monte Albino (Nocera Inferiore). Incontro Annuale Ricercatori di Geotecnica - IARG 2011, 6 p. Corominas J., Moya J. (2008). A review of assessing landslide frequency for hazard zoning purposes. Engineering Geology, (102), Fell, R., Hungr, O., Couture, R., Eberhart, E. (2005a). A Landslide risk management. Taylor and Francis, London, rocedings International Conference on Landslide Risk Management, Vancouver, Canada, 31 May - 3 June Fell, R., Ho, K.S., Lacasse, S., Leroi, E. (2005b). A framework for landslide risk assessment and management. In: Hungr O., Fell R., Couture R., Eberhardt E. (eds.) Landslide Risk Management. Taylor and Francis, London, Fell, R., icarelli, L., Oboni, F., Evans, S.G., Mostyn, G. (2005c). Hazard characterization and quantification. In: Hungr O., Fell R., Couture R., Eberhardt E. (eds.) Landslide Risk Management. Taylor and Francis, London, Transportation Research Board, Highway Capacity Manual, U.S.A Varnes, D.J. (1984). Landslide hazard zonation: a review of principles and practice. Natural Hazard, Unesco, aris. Wong H.N., Ho K.K.S., Chan Y.C. (1997). Assessment of consequence of landslide. roceedings of the International Workshop on Landslide Risk Assessment, Honolulu, Hawaii, USA: