An application to the Queensferry Crossing Structural Health Monitoring system data: Parameter estimation on concrete used for the Central Tower

Il monitoraggio strutturale (o Structural Health Monitoring, SHM) rappresenta un campo di ricerca popolare e in crescita, che fornisce un potente strumento per la valutazione dei danni e delle prestazioni delle strutture. L’applicazione di sistemi di SHM, basati sull’utilizzo di sensori avanzati e sul monitoraggio in tempo reale, offrono un grande potenziale per un’efficace gestione delle grandi infrastrutture, come i ponti a lunga campata. Esso rappresenta certamente un potente strumento che sostiene la valutazione ingegneristica riguardo le condizioni di una struttura e il suo comportamento durante la vita utile. Tuttavia, la raccolta dei dati dai sistemi di SHM non solo supporta il livello di manutenzione, ma rappresenta anche un’importante fonte di informazioni che possono essere analizzate al fine di valutare alcune caratteristiche degli elementi strutturali. Lo scopo di questa tesi è l'applicazione dei principi dello SHM (Structural Health Monitoring) ai dati raccolti durante la costruzione del Queensferry Crossing, un ponte strallato a tre torri che attraversa il Firth of Forth vicino a Edimburgo, in Scozia. Il ponte è stato aperto al pubblico il 30 agosto 2017. La struttura è stata dotata di un ampio sistema di SHM sin dalle operazioni di costruzione e si è dimostrata un ottimo caso studio. I dati oggetto di questo lavoro di tesi riguardano la deformazione registrata alla base delle torri in calcestruzzo armato durante il periodo di costruzione del ponte. Le osservazioni evidenziano chiaramente il metodo di realizzazione dell’impalcato. Infatti, esso è stato eretto utilizzando un processo a sbalzo bilanciato. I dati raccolti dal sistema di SHM sulla torre centrale durante l'erezione della torre stessa e dell’impalcato sono stati analizzati per determinare quando si sono verificate le operazioni di costruzione e il loro effetto sull’andamento dei dati di deformazione. In una fase successiva, gli stessi dati sono stati utilizzati per comprendere il comportamento contraente del calcestruzzo durante i primi tre anni e mezzo dopo il getto. Più precisamente, i dati sono stati elaborati per stimare il contributo di deformazione elastica, creep, ritiro e temperatura. Sono stati applicati due diversi metodi di stima dei parametri: Least Squares Analysis (LSA) e Bayesian Inference (BA). È stato costruito un modello parametrico di deformazione, al fine di stimare alcuni parametri del calcestruzzo: il modulo elastico E [MPa], il coefficiente di viscosità φ [-], la deformazione da ritiro a t = ∞ εs,∞ [με] e il coefficiente termico α [με/°C]. Alla fine del processo di stima, sono state identificate e discusse le enormi differenze tra i risultati che emergono dai due metodi. Infine, dopo la stima dei parametri, è stato valutato e tracciato l’andamento della deformazione compensata in temperatura, eliminando il suo effetto. Quindi, sono stati eseguiti alcuni calcoli analitici per dare evidenza ai valori dei parametri stimati.