Life-cycle of concrete road bridges: study of the structure's reliability for depassivation and corrosion limit states

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaA temática da sustentabilidade da construção tem vindo a ganhar importância crescente nos últimos anos. Neste sentido assume especial relevância a análise do ciclo de vida das estruturas em particular de pontes rodoviárias que são projectadas para uma vida útil bastante alargada. A análise do ciclo de vida deve ser levada a cabo para definir uma adequada estratégia de inspecção, manutenção e reparação de modo a garantir a durabilidade das estruturas e a vida útil pretendida.As estruturas de Engenharia Civil estão sujeitas à degradação dos materiais que as constituem devido à exposição das mesmas às acções ambientais. No caso particular das estruturas de betão armado, a sua durabilidade é afectada pela corrosão das armaduras que é o processo de deterioração mais comum neste tipo de estruturas. Em virtude da deterioração torna-se necessário adoptar medidas que visem a manutenção e reparação de modo a garantir a vida útil pretendida.Neste trabalho desenvolve-se um modelo numérico para a análise do ciclo de vida de pontes rodoviárias de betão. O modelo permite determinar a evolução da degradação por corrosão das armaduras ordinárias devido à acção da carbonatação e à acção dos cloretos. Para além disso, adoptou-se uma abordagem probabilística para avaliar a segurança da estrutura ao longo da sua vida útil. Deste modo, o modelo inclui uma análise de fiabilidade de nível II para determinar a evolução ao longo do tempo do índice de fiabilidade associado aos estados limites de despassivação e fendilhação. O índice de fiabilidade é utilizado como indicador de desempenho da estrutura para decidir sobre a necessidade de intervenções de reparação. O modelo numérico foi implementado num programa de computador desenvolvido em ambiente MATLAB.Para ilustrar as características e capacidades do modelo desenvolvido apresentam-se exemplos de aplicação referentes à análise do ciclo de vida de pontes rodoviárias de betão sujeitas à acção da carbonatação e dos cloretos.Construction sustainability has gained increasing importance in recent years. Concerning this, the life-cycle analysis is of particular relevance mainly for structures, like road bridges, which are designed for a large service life. The life-cycle analysis must be performed to define an adequate inspection, maintenance and repair strategy in order to ensure the structure durability and the desired service life.Civil Engineering structures experience the degradation of their materials due to the exposure to environmental actions. For reinforced concrete structures, its durability is affected by the reinforcement corrosion which is the most common degradation process in this type of structures. Due to deterioration it is necessary to adopt maintenance and repair measures in order to achieve the desired service life.In this work a numerical model concerning the life-cycle analysis of concrete road bridges is developed. The model allows the evaluation of the evolution of concrete degradation over time due to reinforcement corrosion caused by carbonation and chlorides action. Besides that, a probabilistic approach was adopted to evaluate the structure safety during its service life. The model includes a level II reliability analysis to calculate the evolution over time of the reliability index associated to the depassivation and cracking limit states. The reliability index is used as performance indicator to decide the need of repair. The numerical model was implemented in a computer program developed in MATLAB environment.The features and applicability of the developed model are illustrated by numerical examples concerning the life-cycle analysis of concrete road bridges subjected to carbonation and chlorides action