Structural health monitoring under extreme loading conditions: a case study on a prestressed concrete bridge

This thesis presents a new approach to solution-oriented developments within the field of civil engineering. It offers a novel design consisting of an integrated methodology for the structural assessment of existing prestressed concrete bridges subjected to extraordinary loads, using extra heavy trucks as a tool for monitoring, with the Pizzighettone Bridge serving as a case study. The conducted research combines an in-situ experimental campaign that utilizes high-precision MEMS sensors to measure the quasi-static rotational response (pitch and roll) of the bridge during the controlled passage of 44-ton and 108-ton heavy trucks, along with the creation of a high-fidelity Finite Element Model (FEM). The experimental data collected for this document reveals: a distinct linear-elastic behavior, significant torsional effects from eccentric loads, and a structural asymmetry, where the downstream beam demonstrates greater flexibility when compared to the upstream beam. This empirical data was utilized to calibrate and validate the numerical model, which incorporates nonlinear effects (P-Delta) as a result of significant prestressing forces. The resulting “digital twin” mirrors the complex, intricate, and asymmetric performance of the actual structure with faithful accuracy. This offers a reliable tool for evaluating the impact of overloaded vehicles and guiding future maintenance strategies for such matters

Questa tesi propone un nuovo approccio per quanto riguarda lo sviluppo di soluzioni nell’ambito dell’ingegneria civile. Si propone una metodologia integrata per la valutazione strutturale di ponti esistenti in calcestruzzo precompresso soggetti a carichi straordinari, utilizzando camion extra-pesanti come strumento di monitoraggio, Il Ponte di Pizzighettone è il caso di studio che si è scelto di analizzare. La ricerca condotta combina una campagna sperimentale in situ che utilizza sensori MEMS ad alta precisione per misurare la risposta rotazionale quasi-statica (beccheggio e rollio) del ponte durante il passaggio controllato di camion da 44 tonnellate e 108 tonnellate, insieme alla creazione di un modello ad elementi finiti (FEM) ad alta fedeltà. I dati sperimentali raccolti per questo documento evidenziano diversi aspetti: un comportamento lineare-elastico, significativi effetti torsionali dovuti ai carichi eccentrici e un’asimmetria strutturale, in cui la trave a valle mostra una maggiore flessibilità rispetto alla trave a monte. Questi dati empirici sono stati utilizzati per calibrare e validare il modello numerico, che incorpora effetti non lineari (P-Delta) derivanti dalle elevate forze di precompressione. Il “gemello digitale” risultante riproduce con fedele accuratezza le prestazioni complesse, articolate e asimmetriche della struttura reale, offrendo uno strumento affidabile per valutare l’impatto dei veicoli sovraccarichi e per guidare strategie di manutenzione future.