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Theses Year : 2004

Contribution to the probabilistic analysis of reinforced concrete bridge performance

Contribution à l'analyse probabiliste de la performance des ponts en béton armé

Rita de Cassia Silva
  • Function : Author

Abstract

Some agents that are ever present in atmospheric conditions can penetrate concrete structures, which are porous in nature. Among these agents atmospheric carbon dioxide and chlorides that constitute de-icing salts are the usual suspects. These agents result in the corrosion of reinforcing bars, which is the principal reason behind the deterioration of concrete structures. Once initiated, the rate of corrosion increases with time and increasingly dictates the behaviour of these structures throughout their service life. A great deal of uncertainty still remains in this subject as a result of the random nature of the infiltration of these aggressive agents as well as the material and structural properties of reinforced concrete. Consequently, in order to determine the degradation of these structures with time, it is necessary to approach the subject from a probabilistic point of view. Reliability Theory is one of the best available tools due to the fact that it considers the uncertainties involved with the geometrical dimensions of these structures, with the material characteristics and with the environment and the subsequent deterioration that it provokes. As a result, the objective of this PhD thesis involves the development of a probabilistic method that determines the evolution of the loss of structural strength of reinforced concrete road bridges, which are exposed to a wide variety of aggressive environments. By means of studying this degradation, it is possible to estimate the principal stages or phases, which determine structural performance (ie loss of material durability, loss of serviceability and loss of structural safety). This thesis also aims to provide maintenance engineers, after having carried out visual inspections, with the necessary means of assessing and predicting these principal performance phases. Equally, it equips consulting engineers with the essential methods that are required to determine partial safety factors which are best suited to the re-estimation of these deteriorated structures. This thesis consists of five axes. A first axis studies the modelling the performance of reinforced concrete beams under bending effects, the phenomenon of penetration of aggressive agents and the stages of performance. A second axis deals with the uncertainties involved with different variables: sensitivity analyses identify the influence on the reliability index of a wide variety of these variables. A third axis proposes quantitative methods that provide maintenance engineers with the necessary means of predicting the performance phase of a structure following visual inspections. The fourth axis develops a calibration method for the partial safety factors of reinforced concrete structures suffering corrosion. Finally, the fifth axis is dedicated to the re-qualification of the reliability of a structure by means of a conditional probabilistic calculation, which is based on the results of detailed inspections.
Certains corps contenus dans les milieux naturels tels que l'atmosphère, peuvent pénétrer dans le béton qui est de nature poreuse. Parmi ces agents agressifs, le dioxyde de carbone de l'atmosphère et les chlorures présents dans les sels de deverglaçage sont les plus courants. Ces agents sont responsables de la corrosion des armatures qui est l'une des principales causes de détérioration des ouvrages en béton armé. Cette corrosion se développe au cours du temps et influe fortement sur la performance des ouvrages tout au long de leur vie. Le caractère aléatoire de la pénétration des agents agressifs et celui des propriétés des matériaux ou des structures introduit de plus un grand nombre d'incertitude. L'étude de l'évolution de la dégradation d'une structure demande donc une analyse qu'il faut développer sur des bases probabilistes. La Théorie de la fiabilité constitue un des outils les mieux adaptés, car elle permet de tenir compte des incertitudes inhérentes aux dimensions géométriques des éléments de structures, aux caractéristiques des matériaux, à celles de l'environnement et à celles des dégradations qui en résultent. L'objectif de cette thèse a ainsi consisté à développer une démarche probabiliste pour obtenir l'évolution de la perte de capacité portante des ponts-routes en béton armé exposés à des environnements agressifs divers. L'étude de cette évolution permet d'estimer les principales étapes ou phases qui caractérisent la performance de la structure (perte de durabilité au niveau du matériau, perte d'aptitude au service et perte de sécurité structurale). Cette étude vise aussi à donner aux gestionnaires d'ouvrages les moyens nécessaires pour estimer et prédire ces principales phases de performance à partir de résultats d'inspection visuelle et aux projeteurs des bureaux d'étude, les outils nécessaires pour obtenir une grille des coefficients partiels de sécurité plus adaptée au recalcul des ouvrages dégradés. L'étude a comporté cinq axes. Un premier axe a porté sur la modélisation de la performance de poutres en béton armé soumises à de la flexion simple, des phénomènes de pénétration des agents agressifs et des étapes de performance. Un deuxième axe a considéré l'incertitude sur les différentes variables: les études de sensibilité ont notamment montré l'influence des diverses variables sur l'évolution de l'indice de fiabilité. Un troisième axe a proposé des éléments quantitatifs capables de fournir aux gestionnaires d'ouvrages les outils nécessaires pour la prédiction des phases de performance d'un ouvrage sur la base de résultats d'inspection visuelle. Le quatrième axe a présenté une méthodologie de calibration des coefficients partiels de sécurité adaptée aux ouvrages en béton armé atteints par la corrosion. Enfin le cinquième axe est consacré à la requalification de la fiabilité par un calcul de probabilité conditionnelle en fonction de résultats d'inspections détaillées.
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Dates and versions

pastel-00000956 , version 1 (20-12-2004)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00000956 , version 1

Cite

Rita de Cassia Silva. Contribution to the probabilistic analysis of reinforced concrete bridge performance. Engineering Sciences [physics]. Ecole des Ponts ParisTech, 2004. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00000956⟩
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