Advanced assessment methods for elderly bridges. State-of-the-art and justification based on LCA

Abstract

[ANGLÈS] Many of the existing bridges do not satisfy the structural requirements specified in design codes for new bridges. However, many of these bridges must remain in service and therefore decisions must be made in order to maintain their safety. In the design of new bridges, it is accepted “to be on the safe side” inherent in the standards; but for an assessment of an elderly bridge this procedure should be removed in order to have a more realistic understanding of the state of the structure. Otherwise, the decisions made, being too conservative, can result in unnecessary costs. The main problem is that many existing bridges near to the end of their live under conventional evaluation methods give results which imply or the replacement of the bridge or a high investment for repair it to bring it back to the performance level stipulated in the current standards. The existing advanced methods of structural assessment allow evaluating the actual state of the structure. It has been shown in many cases that better results can be obtained with advanced methods than with conventional methods because the advanced ones evaluate the structure decreasing as much as possible the existing uncertainties. This implies to move from a structure that initially seemed to require heavy investments or to be replaced, to a structure which would have acceptable conditions of behaviour at least for a certain period of time, with a much lower investment and an optimized repair and maintenance. Current methods of advanced evaluation are based on probabilistic methods of reliability through the updating of the variables that which contains uncertainty (traffic solicitations, etc.). This updating is carried out by site‐specific data taken with Structural Health Monitoring systems. Load tests also can be included within the advanced methodologies of evaluation. These evaluation methods have a great impact on the life‐cycle assessment of a bridge because apart from reducing the maintenance and repair costs allow, with a more accurate assessment, extend the lifespan of a structure while maintaining adequate levels of performance and safety. The present thesis aims to synthesize the state‐of‐the‐art of the mentioned advanced assessment methods used in bridges. It also highlights the involvement, influence and direct relationship of these methods with the different aspects which are currently considered in Life‐Cycle Assessment of existing bridges.

[CASTELLÀ] Muchos de los puentes existentes no satisfacen los requerimientos estructurales especificados en los códigos de diseño para nuevos puentes. Sin embargo, muchos de estos puentes deben mantenerse en servicio y, por tanto, deben tomarse decisiones respecto a mantener su nivel de seguridad. Para el diseño de puentes nuevos, se acepta el “estar del lado seguro” inherente en las normativas; pero para una evaluación de un puente de avanzada edad dicho proceder debe eliminarse para poder tener un conocimiento más real del estado de la estructura. De lo contrario, las decisiones que se tomen, por demasiado conservadoras, pueden dar lugar a gastos innecesarios. El problema principal reside en que muchos puentes existentes cercanos al fin de su vida útil bajo métodos de evaluación convencional arrojan resultados que implicarían o la sustitución del puente o una inversión de reparación muy elevada para llevarlo de nuevo al nivel de comportamiento estipulado en las normativas actuales. Los métodos avanzados de evaluación estructural existentes, permiten evaluar el estado real de la estructura. Se ha demostrado en muchos casos que con métodos avanzados se obtienen mejores resultados que con los métodos convencionales ya que se evalúa la estructura disminuyendo al máximo posible las incertidumbres existentes. Ello conlleva pasar de una estructura que en un principio parecía requerir una inversión muy elevada o ser sustituida, a una estructura que volvería a estar en condiciones aceptables de comportamiento al menos durante un determinado periodo de tiempo, con una inversión mucho menor y optimizada de reparación y mantenimiento. Los métodos actuales de evaluación avanzada se basan en métodos probabilísticos de fiabilidad a través de la actualización de las variables que encierran incertidumbre (solicitación del tráfico, etc.). Dicha actualización se lleva a cabo con datos tomados in situ mediante sistemas “Structural Health Monitoring”. Las pruebas de carga también pueden englobarse dentro de las metodologías avanzadas de evaluación. Estos métodos de evaluación tienen un gran impacto en la evaluación del ciclo de vida de un puente puesto que aparte de reducir los costes de mantenimiento y reparación permiten, mediante una evaluación más precisa, alargar la vida útil de una estructura manteniendo unos niveles de comportamiento y seguridad adecuados. La presente tesis presente sintetizar el estado del arte de los métodos avanzados de evaluación estructural mencionados utilizados en puentes. También incide directamente en la implicación, influencia y relación directa de dichos métodos con los distintos aspectos que se consideran actualmente en la evaluación del Ciclo de Vida de los puentes existentes.