Reliability and Redundancy of Bridge Systems under Lateral Loads
Search citation statements
Paper Sections
Citation Types
Publication Types
Relationship
Authors
Journals
Cited by 2 publications
References 3 publications
Infrastructure maintenance programs establish schedules for routine inspections of highway bridges with little consideration of their current conditions. The time interval between two inspections is traditionally set based on experience and on engineering judgment. For example, in the US considerable expenditures are incurred to meet the required biennial routine inspection of all bridges many of which may be in good condition. It is therefore of great interest for the engineering community to develop an approach to control inspection schedules of individual bridges and minimize their associated costs using rational criteria that account for the lower risk of postponing the inspection of bridges that are subject to reduced deterioration mechanisms and low traffic loadings. The implementation of such a risk-based approach would go a long way in helping optimize the limited resources available for maintaining the vast highway infrastructure system. The object of this Ph.D. dissertation is to develop a rational approach for determining a risk-based optimum time interval between bridge inspections. The proposed theoretical approach subsequently serves for proposing a simple procedure that is implementable in routine practice by bridge engineers using easily available bridge-specific data. To illustrate the proposed procedure using actual bridge data, the work uses highway data from the state of New York (NYS) in the United States of America (USA) in the form of Weigh-in-Motion (WIM) truck traffic data and bridge records provided through the National Bridge Inventory (NBI) database. These data are used to develop a theoretical framework able to define the capacity of bridges probabilistically and the risk of bridge failure if a bridge’s inspection is deferred for a limited period of time. The calculations performed in this dissertation based on data collected in the state of New York are limited to simple span composite steel-concrete superstructures that constitute a large proportion of short to medium span bridges in North America. However, the same concepts can be extended to other types of superstructures and other regions of the world as appropriate data become available. The conclusions of this study include the demonstration of the inadequacy of utilizing a standard two-year inspection interval for all bridges. To overcome this problem a simplified procedure is proposed for an easy practical engineers’ application. Els programes de manteniment d'infraestructures estableixen plans periòdics d'inspecció bàsica en els quals l'estat actual dels ponts té relativament poca importància a l'hora de definir l'interval de temps. L'interval temporal entre dues inspeccions es basa normalment en la practica habitual i en la experiència passada. Per exemple, als Estats Units d'Amèrica una gran part del pressupost de despesa destinat al manteniment de la xarxa d'infraestructures es deriva al pla d'inspeccions biennal de ponts tot i que, aquests, en molts casos mostren bones condicions estructurals. Per això la comunitat enginyeril està interessada en el desenvolupament de protocols que controlin el pla d'inspecció de ponts i que minimitzin els costos associats a traves de criteris racionals. Aquets criteris han de ser capaços de reconèixer els ponts que presenten un risc alt degut a la elevada exposició a processos de deteriorament i a sobrecarrega de tràfic intens i minimitzar els costos d'inspecció associats. La implementació d'estratègies basades en el càlcul del risc permet optimitzar el pressupost total disponible per al manteniment de les xarxes de carreteres. L'objecte d'aquesta tesi doctoral es el desenvolupament d'un procediment racional basat en el càlcul del risc per a estimar l'interval òptim entre dues inspeccions bàsiques. L'estratègia teòrica proposada es fa servir posteriorment per a la aplicació pràctica d'aquests criteris utilitzant dades inicials fàcils d'obtenir per l'usuari final que estigui interessat en aplicar el mètode per a un pont en concret. La metodologia proposada en aquest treball utilitza dades de la xarxa de carreteres de l'estat de Nova York (NYS) als Estats Units d'Amèrica (USA), a partir de mesures de tràfic del tipus Weigh-in-Motion (WIM) i de informacions provinents de la base de dades del National Bridge Inventory (NBI). Aquestes dades es fan servir per a desenvolupar una eina metodològica capaç de calcular la capacitat estructural de superestructures des del punt de vista probabilista i quantificar l'increment de risc al que la societat està sotmesa en cas de decidir incrementar l'interval d'inspecció per damunt dels 2 anys. Per al càlcul dels intervals d'inspecció es fa servir el concepte de risc, que a la vegada es basa en models de càlcul probabilistes. L'interval d'inspecció òptim s'obté minimitzant el risc de fallada obtingut combinant la probabilitat de fallada amb el cost associat. El cost de fallada s'obté estimant els costos potencials relatius com víctimes, ferits, reconstrucció del pont, interrupció del tràfic vehicular, impacte ambiental i cost d'inspecció. Els càlculs duts a terme en aquesta tesi estan basats en dades de la regió del estat de Nova York i limitats a ponts simplement recolzats amb superestructura mixta acer-formigó que constitueix una important tipologia en l'àmbit nord americà. No obstant, els mateixos conceptes poden ser aplicats a altres regions del mon a mesura que la informació necessària estigui a disposició. L'estudi demostra la ineficiència d'utilitzar un interval d'inspecció de dos anys per a tots els ponts i proposa una metodologia simplificada per calcular l'interval d'inspecció recomanat per ser implementat en la pràctica engineril d'una manera senzilla. Los programas de mantenimiento de infraestructuras establecen planes periódicos de inspección básica en los cuales el posible estado de los puentes en el momento de la inspección tiene relativamente poca importancia. El intervalo temporal entre dos inspecciones se fija sobre la base de la práctica habitual y sobre experiencia pasada. Por ejemplo, en los Estados Unidos de América una gran parte del presupuesto de gasto destinado al mantenimiento de la red de infraestructuras se deriva al plan de inspecciones bienales de puentes aunque en muchos casos muestran buenas condiciones estructurales. Por esta razón, es de suma importancia para la comunidad el desarrollo de protocolos para controlar el plan de inspección de puentes y minimizar los costes asociados a través de criterios racionales, para poder destinar los recursos asignados a inspección allí donde más falta hacen. Dichos criterios tienen que ser capaces de reconocer aquellos puentes que presentan mayor riesgo debido a la exposición a procesos de deterioro y a sobrecarga de tráfico intenso y minimizar los costes de inspección asociados. La implementación de estrategias basadas en criterios de riesgo permite optimizar el presupuesto total disponible para el mantenimiento de las redes de carreteras El objeto de esta tesis doctoral es el desarrollo de un procedimiento racional basado en el cálculo del riesgo para determinar el intervalo óptimo entre dos inspecciones básicas. El enfoque teórico propuesto se emplea posteriormente para la aplicación en la práctica de dichos criterios utilizando datos de partida fáciles de obtener para el usuario final que esté interesado en aplicar el método para un puente en concreto. La metodología propuesta en este trabajo se materializa a través de los datos disponibles de la red de carreteras del estado de Nueva York (NYS) en Estados Unidos de América (USA), desde mediciones de tráfico del tipo Weigh-in-Motion (WIM) hasta informaciones en el marco de la base de datos del National Bridge Inventory (NBI). Esos datos se utilizan para desarrollar una base metodológica capaz de calcular la capacidad portante de superestructuras desde el punto de vista probabilista y cuantificar el incremento de riesgo que supone incrementar el intervalo de la inspección básica, actualmente fijado en dos años En la práctica actual, el cálculo de la capacidad portante de puentes sujetos a sobrecarga de tráfico (en estado límite de servicio y último) se lleva a cabo a partir de modelos típicamente elástico-lineales en los que se evalúan los esfuerzos para el elemento más crítico y sucesivamente se considera el cálculo no lineal para la verificación de dicho elemento. Este enfoque está aceptado y ha demostrado su validez y fiabilidad en numerosas aplicaciones. Sin embargo, a pesar de que estos modelos pueden tener en cuenta el deterioro detectado en las campañas de inspección, normalmente no consideran sobrecargas de tráfico realistas, el comportamiento estructural del conjunto del puentes y no sólo de sus elementos por separado, o la evolución posible del deterioro entre intervalos de inspección. En este estudio, se emplean datos de tráfico real obtenidos de sistemas WIM para estimar la sobrecarga de tráfico máxima esperada que puede ser bastante diferente de la que típicamente sugieren los códigos de diseño y evaluación estructural de puentes. De la misma manera, la respuesta conjunta de la estructura se tiene en cuenta en este trabajo utilizando modelos capaces de simular el comportamiento no-lineal de los materiales y la evolución de la redistribución de los esfuerzos cuando la estructura se encuentra en rangos de deformaciones próximos a rotura. Esto permite mejorar el cálculo de la capacidad estructural y detectar aquellos puentes cuya configuración tipológica y topológica resulta en un comportamiento redundante que no es posible tener en cuenta en los modelos de cálculo tradicionales. Además, se incluye en el modelo el deterioro de los materiales tras estudiar datos históricos sobre la pérdida de capacidad portante de una gran cantidad de puentes seleccionados del NBI. Para el cálculo de los intervalos de inspección se emplea el concepto de riesgo, que a su vez se basa en modelos de cálculo probabilistas. El intervalo de inspección óptimo se obtiene minimizando el riesgo de fallo obtenido combinando la probabilidad de fallo con el coste asociado. El coste del fallo se obtiene estimando los costes potenciales relativos como víctimas, heridos, reconstrucción del puente, interrupción del tráfico vehicular, impacto ambiental y coste de inspección. Los cálculos llevados a cabo en esta tesis están basados en datos de la región del estado de Nueva York y limitados a puentes simplemente apoyados con superestructura mixta acero-hormigón que constituye una importante tipología en el ámbito norteamericano. Sin embargo los mismos conceptos pueden ser aplicados a otras regiones del mundo a medida que la información necesaria se encuentre disponible. El estudio demuestra la ineficiencia de utilizar un intervalo de inspección de dos años para todos los puentes y propone una metodología simplificada para calcular el intervalo de inspección recomendado para ser implementada en la práctica ingenieril de una forma sencilla.
Infrastructure maintenance programs establish schedules for routine inspections of highway bridges with little consideration of their current conditions. The time interval between two inspections is traditionally set based on experience and on engineering judgment. For example, in the US considerable expenditures are incurred to meet the required biennial routine inspection of all bridges many of which may be in good condition. It is therefore of great interest for the engineering community to develop an approach to control inspection schedules of individual bridges and minimize their associated costs using rational criteria that account for the lower risk of postponing the inspection of bridges that are subject to reduced deterioration mechanisms and low traffic loadings. The implementation of such a risk-based approach would go a long way in helping optimize the limited resources available for maintaining the vast highway infrastructure system. The object of this Ph.D. dissertation is to develop a rational approach for determining a risk-based optimum time interval between bridge inspections. The proposed theoretical approach subsequently serves for proposing a simple procedure that is implementable in routine practice by bridge engineers using easily available bridge-specific data. To illustrate the proposed procedure using actual bridge data, the work uses highway data from the state of New York (NYS) in the United States of America (USA) in the form of Weigh-in-Motion (WIM) truck traffic data and bridge records provided through the National Bridge Inventory (NBI) database. These data are used to develop a theoretical framework able to define the capacity of bridges probabilistically and the risk of bridge failure if a bridge’s inspection is deferred for a limited period of time. The calculations performed in this dissertation based on data collected in the state of New York are limited to simple span composite steel-concrete superstructures that constitute a large proportion of short to medium span bridges in North America. However, the same concepts can be extended to other types of superstructures and other regions of the world as appropriate data become available. The conclusions of this study include the demonstration of the inadequacy of utilizing a standard two-year inspection interval for all bridges. To overcome this problem a simplified procedure is proposed for an easy practical engineers’ application. Els programes de manteniment d'infraestructures estableixen plans periòdics d'inspecció bàsica en els quals l'estat actual dels ponts té relativament poca importància a l'hora de definir l'interval de temps. L'interval temporal entre dues inspeccions es basa normalment en la practica habitual i en la experiència passada. Per exemple, als Estats Units d'Amèrica una gran part del pressupost de despesa destinat al manteniment de la xarxa d'infraestructures es deriva al pla d'inspeccions biennal de ponts tot i que, aquests, en molts casos mostren bones condicions estructurals. Per això la comunitat enginyeril està interessada en el desenvolupament de protocols que controlin el pla d'inspecció de ponts i que minimitzin els costos associats a traves de criteris racionals. Aquets criteris han de ser capaços de reconèixer els ponts que presenten un risc alt degut a la elevada exposició a processos de deteriorament i a sobrecarrega de tràfic intens i minimitzar els costos d'inspecció associats. La implementació d'estratègies basades en el càlcul del risc permet optimitzar el pressupost total disponible per al manteniment de les xarxes de carreteres. L'objecte d'aquesta tesi doctoral es el desenvolupament d'un procediment racional basat en el càlcul del risc per a estimar l'interval òptim entre dues inspeccions bàsiques. L'estratègia teòrica proposada es fa servir posteriorment per a la aplicació pràctica d'aquests criteris utilitzant dades inicials fàcils d'obtenir per l'usuari final que estigui interessat en aplicar el mètode per a un pont en concret. La metodologia proposada en aquest treball utilitza dades de la xarxa de carreteres de l'estat de Nova York (NYS) als Estats Units d'Amèrica (USA), a partir de mesures de tràfic del tipus Weigh-in-Motion (WIM) i de informacions provinents de la base de dades del National Bridge Inventory (NBI). Aquestes dades es fan servir per a desenvolupar una eina metodològica capaç de calcular la capacitat estructural de superestructures des del punt de vista probabilista i quantificar l'increment de risc al que la societat està sotmesa en cas de decidir incrementar l'interval d'inspecció per damunt dels 2 anys. Per al càlcul dels intervals d'inspecció es fa servir el concepte de risc, que a la vegada es basa en models de càlcul probabilistes. L'interval d'inspecció òptim s'obté minimitzant el risc de fallada obtingut combinant la probabilitat de fallada amb el cost associat. El cost de fallada s'obté estimant els costos potencials relatius com víctimes, ferits, reconstrucció del pont, interrupció del tràfic vehicular, impacte ambiental i cost d'inspecció. Els càlculs duts a terme en aquesta tesi estan basats en dades de la regió del estat de Nova York i limitats a ponts simplement recolzats amb superestructura mixta acer-formigó que constitueix una important tipologia en l'àmbit nord americà. No obstant, els mateixos conceptes poden ser aplicats a altres regions del mon a mesura que la informació necessària estigui a disposició. L'estudi demostra la ineficiència d'utilitzar un interval d'inspecció de dos anys per a tots els ponts i proposa una metodologia simplificada per calcular l'interval d'inspecció recomanat per ser implementat en la pràctica engineril d'una manera senzilla. Los programas de mantenimiento de infraestructuras establecen planes periódicos de inspección básica en los cuales el posible estado de los puentes en el momento de la inspección tiene relativamente poca importancia. El intervalo temporal entre dos inspecciones se fija sobre la base de la práctica habitual y sobre experiencia pasada. Por ejemplo, en los Estados Unidos de América una gran parte del presupuesto de gasto destinado al mantenimiento de la red de infraestructuras se deriva al plan de inspecciones bienales de puentes aunque en muchos casos muestran buenas condiciones estructurales. Por esta razón, es de suma importancia para la comunidad el desarrollo de protocolos para controlar el plan de inspección de puentes y minimizar los costes asociados a través de criterios racionales, para poder destinar los recursos asignados a inspección allí donde más falta hacen. Dichos criterios tienen que ser capaces de reconocer aquellos puentes que presentan mayor riesgo debido a la exposición a procesos de deterioro y a sobrecarga de tráfico intenso y minimizar los costes de inspección asociados. La implementación de estrategias basadas en criterios de riesgo permite optimizar el presupuesto total disponible para el mantenimiento de las redes de carreteras El objeto de esta tesis doctoral es el desarrollo de un procedimiento racional basado en el cálculo del riesgo para determinar el intervalo óptimo entre dos inspecciones básicas. El enfoque teórico propuesto se emplea posteriormente para la aplicación en la práctica de dichos criterios utilizando datos de partida fáciles de obtener para el usuario final que esté interesado en aplicar el método para un puente en concreto. La metodología propuesta en este trabajo se materializa a través de los datos disponibles de la red de carreteras del estado de Nueva York (NYS) en Estados Unidos de América (USA), desde mediciones de tráfico del tipo Weigh-in-Motion (WIM) hasta informaciones en el marco de la base de datos del National Bridge Inventory (NBI). Esos datos se utilizan para desarrollar una base metodológica capaz de calcular la capacidad portante de superestructuras desde el punto de vista probabilista y cuantificar el incremento de riesgo que supone incrementar el intervalo de la inspección básica, actualmente fijado en dos años En la práctica actual, el cálculo de la capacidad portante de puentes sujetos a sobrecarga de tráfico (en estado límite de servicio y último) se lleva a cabo a partir de modelos típicamente elástico-lineales en los que se evalúan los esfuerzos para el elemento más crítico y sucesivamente se considera el cálculo no lineal para la verificación de dicho elemento. Este enfoque está aceptado y ha demostrado su validez y fiabilidad en numerosas aplicaciones. Sin embargo, a pesar de que estos modelos pueden tener en cuenta el deterioro detectado en las campañas de inspección, normalmente no consideran sobrecargas de tráfico realistas, el comportamiento estructural del conjunto del puentes y no sólo de sus elementos por separado, o la evolución posible del deterioro entre intervalos de inspección. En este estudio, se emplean datos de tráfico real obtenidos de sistemas WIM para estimar la sobrecarga de tráfico máxima esperada que puede ser bastante diferente de la que típicamente sugieren los códigos de diseño y evaluación estructural de puentes. De la misma manera, la respuesta conjunta de la estructura se tiene en cuenta en este trabajo utilizando modelos capaces de simular el comportamiento no-lineal de los materiales y la evolución de la redistribución de los esfuerzos cuando la estructura se encuentra en rangos de deformaciones próximos a rotura. Esto permite mejorar el cálculo de la capacidad estructural y detectar aquellos puentes cuya configuración tipológica y topológica resulta en un comportamiento redundante que no es posible tener en cuenta en los modelos de cálculo tradicionales. Además, se incluye en el modelo el deterioro de los materiales tras estudiar datos históricos sobre la pérdida de capacidad portante de una gran cantidad de puentes seleccionados del NBI. Para el cálculo de los intervalos de inspección se emplea el concepto de riesgo, que a su vez se basa en modelos de cálculo probabilistas. El intervalo de inspección óptimo se obtiene minimizando el riesgo de fallo obtenido combinando la probabilidad de fallo con el coste asociado. El coste del fallo se obtiene estimando los costes potenciales relativos como víctimas, heridos, reconstrucción del puente, interrupción del tráfico vehicular, impacto ambiental y coste de inspección. Los cálculos llevados a cabo en esta tesis están basados en datos de la región del estado de Nueva York y limitados a puentes simplemente apoyados con superestructura mixta acero-hormigón que constituye una importante tipología en el ámbito norteamericano. Sin embargo los mismos conceptos pueden ser aplicados a otras regiones del mundo a medida que la información necesaria se encuentre disponible. El estudio demuestra la ineficiencia de utilizar un intervalo de inspección de dos años para todos los puentes y propone una metodología simplificada para calcular el intervalo de inspección recomendado para ser implementada en la práctica ingenieril de una forma sencilla.
El continuo deterioro y/o daños causados en las estructuras de hormigón durante su vida útil, son fenómenos inevitables que conlleva el paso del tiempo y viene a ser un problema importante que ha conducido al desarrollo de nuevos materiales compuestos para el refuerzo estructural. En el caso de puentes, las situaciones en las que se hacen necesarias intervenciones de refuerzo pueden ser: estructuras afectadas por patologías inherentes a problemas de durabilidad, estructuras mal proyectadas y/o mal ejecutadas, estructuras que han sido dañadas por causas externas (impacto de vehículos, incendio, sismo, desastres naturales, etc.), estructuras afectadas por un cambio de uso o por un aumento de la carga de proyecto, o para soportar futuros sismos. Frente a ello, los métodos de refuerzo tradicional tales como el recrecido de hormigón, postensado exterior y refuerzo con chapas de acero, frecuentemente tienen desventajas inherentes como el incremento del peso de la estructura, la corrosión del acero y su elevado costo de manipulación y colocación. Ante estos inconvenientes, y más concretamente refiriéndonos al refuerzo de pilas de puentes, en años recientes se ha incrementado el uso de polímeros reforzados con fibra (FRP) como elemento de confinamiento de elementos de hormigón sometidos a compresión, debido a sus excelentes propiedades mecánicas y químicas, incrementando principalmente la resistencia y ductilidad de las pilas de hormigón. Sin embargo, su aplicación presenta aún lagunas que exigen seguir investigando aspectos como la falta de códigos y normas, la falta de experiencia en el comportamiento a largo plazo, la susceptibilidad al fuego, etc. Existen incertidumbres en las bases de cálculo durante el dimensionamiento de este refuerzo, una de ellas está precisamente en los coeficientes parciales de seguridad para el hormigón confinado que se deben adoptar en el diseño. Por ello, la presente tesis doctoral pretende aportar conocimientos en este campo, y más concretamente, definiendo dichos coeficientes parciales de seguridad para el hormigón confinado para el diseño del refuerzo de pilas de puentes de hormigón armado con polímeros reforzados con fibras de carbono (CFRP), mediante proceso de calibración basado en fiabilidad estructural. En ese sentido, primeramente, se ha recopilado toda la información bibliográfica disponible referida principalmente a dos aspectos: descripción de modelos de confinamiento para hormigón confinado con CFRP y datos de ensayos experimentales para la elaboración de una base de datos. Los modelos de confinamiento considerados en este estudio para elementos de hormigón de sección circular son de: Mander et al. 1988, Pilakoutas y Mortazavi 1997, Toutanji 1999, Spolestra y Monti 1999, Eid y Paultre 2008, Teng et al. 2009, Wu y Zhou 2010. Aplicando las expresiones de predicción de estos modelos a los datos experimentales recogidos en la base de datos, obtenemos como resultado tensiones y deformaciones últimas, y con ellos, mediante un análisis estadístico de valores teóricos respecto a valores experimentales para cada modelo de confinamiento, y, tras un análisis comparativo entre los diferentes modelos definimos el modelo que mejor ajuste presenta respecto a los datos experimentales (modelo de Teng et al. 2009). Para dicho modelo, se ha realizado la caracterización estadística. Puesto que es poco probable esperar que un formato de norma de diseño estructural pueda representar todas las situaciones de diseño, los sistemas estructurales y tipologías de pilas de puentes para los cuales se ha realizado la calibración en este estudio, son los puentes de tramo recto de varios vanos con pilas de hormigón armado tipo columnas circulares. Las pilas pueden estar formadas por un fuste único o bien por dos fustes. Esta tipología de tablero y de pila cubre la mayor parte de los puentes existentes en las actuales vías de comunicación. Para definir los coeficientes parciales de seguridad para el hormigón confinado γcc, se ha realizado la calibración basado en fiabilidad estructural, para un rango posible de soluciones de refuerzo con CFRP en las tipologías de pilas de puentes de los sistemas estructurales estudiados. Para ello, se tienen en cuenta las incertidumbres de las variables que intervienen, y mediante simulación se caracterizan estadísticamente las variables de resistencia y solicitación. Teniendo caracterizadas estas dos variables, según los niveles requeridos de seguridad estructural se determina la probabilidad de fallo o índice de fiabilidad para diferentes valores de γcc. Los coeficientes parciales de seguridad quedarán definidos para aquellas situaciones, tales que, los índices de fiabilidad calculados en las pilas reforzadas dimensionadas con dichos coeficientes, den valores iguales o superiores al índice de fiabilidad objetivo, que en este estudio se ha fijado en . Finalmente, la propuesta de coeficientes parciales de seguridad a utilizar es la siguiente: γcc = 1,15 para tmín ≤ t ≤ 2 mm γcc = 1,30 para t > 2mm The continuous deterioration and/or damages caused in the concrete structures during their lifetime, are unavoidable phenomena which the passage of time entails and gets to be an important problem that it has led to the development of new composite materials used for the structural reinforcement. The methods of traditional reinforcement such as concrete increased, prestressed exterior and the reinforcement with steel sheets, frequently they have inherent disadvantages like the increase of the weight of the structure, the corrosion of the steel and its high cost of manipulation and positioning. Given these disadvantages, and more specifically referring us to the reinforcement of pillars of bridges, in recent years the use of fibre reinforced polymers (FRP) has increased as an element of confinement. However, its use still still shows some gaps which demand to continue investigating some of their aspects such as the lack of codes and rules, the lack of experience in the long term behaviour, the susceptibility to the fire, etc. Uncertainties exist in the calculation bases along the dimensioning of this reinforcement, one of them precisely lays in the partial coefficients of safety for the confined concrete that must be to adopted in the design. For this purpose, the present doctoral thesis tries to contribute knowledge in this field, and more specifically, defining these partial coefficients of safety of the confined concrete for the design of the reinforcement of bridge pillars of reinforced concrete with carbon fibre reinforced polymers (CFRP), by means of calibration process based on structural reliability. In this sense, firstly, has been compiled all the bibliographical information available mainly referred to two aspects: description of confinement models for confined concrete with CFRP and data obtained from experimental tests for the elaboration of a data base. Applying the prediction expressions of confinement models to the experimental data collected in the data base, we obtain as a result the stresses and strains ultimate, and from them, by means of a statistical analysis of theoretical values in respect to experimental values for each single model of confinement, and, after a comparative analysis between the different models we define the model that beste adjustment presents with respect to the experimental data (model of Teng et al.). For this model, the statistical characterization has been performed. Since it is unlikely to expect that a structural design frame rule may represent all the situations of design, the structural systems and typologies of bridge pillars for which the calibration has been performed in this study, are the bridges of straight section with several spans with reinforced concrete pillars of the type of circular columns. The pillars can be formed by a only fust or by two fusts. This typology of roadway and pillar covers most of the existing bridges in the current communication routes. In order to define the partial coefficients of safety for the confined concrete ¿cc, the calibration has been performed based on structural reliability, for a possible range of solutions of reinforcement with CFRP in the typologies of bridges pillars of the studied structural systems. For such a purpose, the uncertainties related of the variables which intervene have been taken into consideration, and by means of simulation the variables of strength and stress have been statistically characterized. Once these two variables have been characterized, according to the required levels of structural safety the probability of failure or reliability index for different values of ¿cc has been determined. The partial coefficients of safety will be defined for those situations, such that, the reliability indexes calculated in the reinforced pillars dimensioned with such coefficients, give results equal or higher than the objective reliability index, which has been established in ß=3,5 in this study. La contínua deterioració i/o danys causats en les estructures de formigó durant la seva vida útil, són fenòmens inevitables que comporta el pas del temps i es convertix en un problema important que ha conduït al desenvolupament de nous materials composts per al reforç estructural. En el cas de ponts, les situacions en les quals es fan necessàries intervencions de reforç poden ser: estructures afectades per patologies inherents a problemes de durabilitat, estructures mal projectades i/o mal executades, estructures que han estat danyades per causes externes (impacte de vehicles, incendi, sisme, desastres naturals, etc.), estructures afectades per un canvi d'ús o per un augment de la càrrega de projecte, o per suportar futurs sismes. Davant tot això, els mètodes de reforç tradicional tals com el recrescut de formigó, post tensat exterior i reforç amb xapes d'acer, freqüentment tenen desavantatges inherents com ara el increment del pes de l'estructura, la corrosió de l'acer i el seu elevat cost de manipulació i col·locació. Davant aquests inconvenients, i més concretament fent esment al reforç de pilars de ponts, en anys recents s'ha incrementat l'ús de polímers reforçats amb fibra (FRP) com a element de confinament d'elements de formigó sotmesos a compressió, a causa de les seves excel·lents propietats mecàniques i químiques, incrementant principalment la resistència i ductilitat de les pilars de formigó. No obstant això, la seva aplicació presenta encara punts foscos que exigeixen seguir investigant aspectes com la falta de codis i normes, la falta d'experiència en el comportament a llarg termini, la susceptibilitat al foc, etc. Existeixen incerteses a les bases de càlcul durant el dimensionament d'aquest reforç, una d'elles està precisament en els coeficients parcials de seguretat per al formigó confinat que s'han d'adoptar en el disseny. Per això, la present tesi doctoral pretén aportar coneixements en aquest camp, i més concretament, definint aquests coeficients parcials de seguretat per al formigó confinat per al disseny del reforç de pilars de ponts de formigó armat amb polímers reforçats amb fibres de carboni (CFRP), mitjançant procés de calibratge basat en fiabilitat estructural. En aquest sentit, primerament, s'han recopilat tota la informació bibliogràfica disponible referida principalment a dos aspectes: descripció de models de confinament per a formigó confinat amb CFRP i dades d'assajos experimentals per a l'elaboració d'una base de dades. Els models de confinament considerats en aquest estudi per a elements de formigó de secció circular són de: Mander et al. 1988, Pilakoutas i Mortazavi 1997, Toutanji 1999, Spolestra i Monti 1999, Eid i Paultre 2008, Teng et al. 2009, Wu i Zhou 2010. Aplicant les expressions de predicció d'aquests models a les dades experimentals recollides en la base de dades, obtenim com resultat tensions i deformacions últimes, i amb ells, mitjançant una anàlisi estadística de valors teòrics respecte a valors experimentals per a cada model de confinament, i, després d'una anàlisi comparativa entre els diferents models definim el model que millor ajust presenta respecte a les dades experimentals (model de Teng et al. 2009). Per a aquest model, s'ha realitzat la caracterització estadística. Ates que és poc probable esperar que un format de norma de disseny estructural pugui representar totes les situacions de disseny, els sistemes estructurals i tipologies de pilars de ponts pels quals s'ha realitzat el calibratge en aquest estudi, són els ponts de tram recte de diverses obertures amb pilars de formigó armat tipus columnes circulars. Les pilars poden estar formades per un fust únic o bé per dos fustos. Aquesta tipologia de tauler i de pilar cobreix la major part dels ponts existents en les actuals vies de comunicació. Per tal de definir els coeficients parcials de seguretat per al formigó confinat γcc, s'ha realitzat el calibratge basat en fiabilitat estructural, per a un rang possible de solucions de reforç amb CFRP en les tipologies de pilars de ponts dels sistemes estructurals estudiats. Per a això, es tenen en compte les incerteses de les variables que intervenen, i mitjançant simulació es caracteritzen estadísticament les variables de resistència i sol·licitació. Tenint caracteritzades aquestes dues variables, segons els nivells requerits de seguretat estructural es determina la probabilitat de fallada o índex de fiabilitat per a diferents valors de γcc. Els coeficients parcials de seguretat quedaran definits, per a aquelles situacions, tals que, els índexs de fiabilitat calculats en les pilars reforçades dimensionadas amb aquests coeficients donin valors iguals o superiors a l'índex de fiabilitat objectiu, que en aquest estudi s'ha fixat en β = 3,5. Finalment, la proposta de coeficients parcials de seguretat a utilitzar és la següent: γcc = 1,15 per a tmín ≤ t ≤ 2 mm
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
Contact Info
customersupport@researchsolutions.com
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Product
Resources
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
Copyright © 2025 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.
