MODELLAZIONE, ANALISI E OTTIMIZZAZIONE DELLE TECNICHE DI RINFORZO PER L’INCREMENTO DELLA SICUREZZA STRUTTURALE E DELLA RESILIENZA DEI PONTI IN CALCESTRUZZO ARMATO CON SELLE GERBER

Gerber saddles represent critical elements for the structural safety of reinforced concrete bridges, as they are characterized by concentrations of both degradation phenomena and stresses that can compromise their structural integrity, potentially leading to the collapse of the entire structure. These criticalities have also been highlighted in the Italian Guidelines for risk classification and management, safety assessment, and monitoring of existing bridges. This doctoral thesis aims to deepen the structural behaviour of Gerber saddles and analyse the various available intervention techniques, to propose optimized strategies that consider structural, practical, and economic aspects, in a perspective of enhancing structural safety and infrastructure resilience. The research was conducted through a methodological approach divided into multiple phases. Initially, an in-depth state-of-the-art analysis highlighted the main critical issues of Gerber saddles, illustrating key construction details, typical failure mechanisms, and the main design methods for their analysis. Subsequently, the creation and detailed analysis of a database of experimental tests from the literature allowed the identification of the most frequent failure mechanisms in relation to the existing construction details. Based on the obtained results, a thorough analysis of strengthening techniques led to the proposal of a logical framework for identifying optimal intervention strategies, considering both purely structural aspects and practical factors related to on-site applicability and the impact on bridge operation. Particular attention was given to the technique based on external post-tensioning, which proved to be structurally effective, cost-efficient, and minimally invasive. By proposing a design method for the intervention through nonlinear numerical analyses, the application of external post-tensioning was optimized, providing guidelines on the enhancement of Gerber saddles' structural performance as a function of the pre-tensioning levels within the external tendons. Finally, the preliminary application of Machine Learning techniques for predicting the resistance of Gerber saddles, based on the data collected in the experimental test database, highlighted the potential of these methods for rapid and accurate structural safety assessments. The results provide a detailed overview of the mechanical behaviour of Gerber saddles as well as useful tools for engineering practice, paving the way for further research on the influence of different degradation scenarios on their structural performance, the use of alternative reinforcement configurations based on post-tensioning, and advanced applications of artificial intelligence in structural engineering.

Le selle Gerber rappresentano elementi critici per la sicurezza strutturale dei ponti in calcestruzzo armato, poiché sono caratterizzate da concentrazioni di fenomeni di degrado e di sforzi che possono comprometterne l'integrità strutturale, causando, nel peggiore dei casi, il collasso dell’intera struttura. Tali criticità sono state sottolineate anche all’interno delle Linee Guida italiane per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza e il monitoraggio dei ponti esistenti. La presente tesi di dottorato si propone di approfondire il comportamento strutturale delle selle Gerber, nonché analizzare le diverse tecniche di intervento disponibili, con l'obiettivo di proporre strategie ottimizzate che considerino aspetti strutturali, pratici ed economici, in un’ottica di aumento della sicurezza strutturale e della resilienza delle infrastrutture. La ricerca è stata condotta attraverso un approccio metodologico definito in più fasi. Inizialmente, un'analisi approfondita dello stato dell'arte ha evidenziato le principali criticità delle selle Gerber, illustrando, poi, i principali dettagli costruttivi e i meccanismi di rottura caratteristici, nonché i principali metodi di calcolo per la loro analisi. Successivamente, la costruzione e l'analisi dettagliata di un database di test sperimentali di letteratura hanno permesso di identificare i meccanismi di rottura più frequenti anche in relazione ai dettagli costruttivi presenti. Sulla base dei risultati ottenuti, l'analisi approfondita delle tecniche di intervento ha condotto alla proposta di un percorso logico per l'individuazione delle strategie di intervento ottimali, considerando sia gli aspetti puramente strutturali sia quelli pratici, legati alla applicabilità in opera e all’impatto sull’operatività del ponte. Particolare attenzione è stata dedicata alla tecnica basata sulla post-tensione esterna, risultata efficace dal punto di vista strutturale, economica e poco invasiva. Proponendo un metodo di progettazione dell’intervento, attraverso analisi numeriche non lineari, è stata ottimizzata l'applicazione della post-tensione esterna fornendo indicazioni sull’aumento delle prestazioni strutturali delle selle Gerber in funzione dei livelli di pretensione all’interno dei tiranti esterni. Infine, l'applicazione preliminare di tecniche di Machine Learning per la previsione della resistenza delle selle Gerber, a partire dai dati collezionati all’interno del database di test sperimentali, ha sottolineato le potenzialità di questi metodi per la realizzazione di rapide ed accurate valutazioni di sicurezza strutturale. I risultati offrono una panoramica dettagliata sul comportamento meccanico delle selle Gerber nonché strumenti utili per la pratica ingegneristica, aprendo la strada ad ulteriori ricerche verso l’approfondimento dell’influenza di differenti scenari di degrado sulle prestazioni strutturali delle selle Gerber, sull’utilizzo di configurazioni alternative di rinforzo basate sulla post-tensione, nonché verso ulteriori applicazioni avanzate di intelligenza artificiale nel campo dell'ingegneria strutturale.