Development of Lifetime Profiles for Composite Bridges with Protective Coating

Abstract

As Análises de Ciclo de Vida (ACV) têm-se tornado objeto de trabalhos de investigação nas últimas décadas. Este tipo de abordagens tem vindo a ganhar uma atenção crescente devido à crise econômica, as regulamentações relativas à limitação das emissões e, em geral, ao desenvolvimento sustentável. Este campo de investigação é muito complexo e é utilizado não só na engenharia civil, mas também em outros campos da engenharia, tais como mecânica, química, biomedicina, etc. A presente tese foca-se em pontes mistas de autoestradas com sistemas de revestimento de proteção contra a corrosão. No âmbito desta tese é também desenvolvida uma ferramenta de Avaliação de Ciclo de Vida (LCAT). Esta ferramenta é capaz de analisar pontes mistas de autoestradas ao longo da sua vida útil (100 anos) e inclui três módulos principais: custo do ciclo de vida (LCC), análise ambiental de ciclo de vida (LCEA) e desempenho estrutural de ciclo de vida (LCP). Em geral, numa análise de ciclo de vida é necessário prever o desempenho estrutural, custos, etc, ao longo de todo o ciclo de vida; assim, as incertezas não podem ser evitadas. Na presente tese serão realizadas várias análises probabilísticas e, no final, será desenvolvida uma ferramenta probabilística com base numa ferramenta determinista. Em ambos os tipos de ferramentas será incluída uma otimização relativa às estratégias de manutenção, incluindo reaplicação do revestimento e reforço de uma ponte. Nesta tese será ainda apresentado o caso de estudo de uma ponte mista numa autoestrada em Portugal, no qual serão utilizadas tanto a ferramenta determinística como a probabilística. Em ambos os casos será também realizada a otimização da manutenção da obra. Finalmente, as conclusões serão apresentadas enfatizando a importância da abordagem probabilística e da otimização em ferramentas para a Avaliação do Ciclo de Vida de pontes mistas.

Life Cycle Analyses (LCA) have become the subject of research works in the recent decades. They have gained growing attention due to the economic crisis, regulations regarding the limitation of emissions and in general, the development of sustainable thinking. This field is very complex and it is used not only in civil engineering, but also in other engineering fields such as mechanical, chemical, biomedical etc. The present thesis focuses on composite highway bridges with protective coating against corrosion. A Life Cycle Assessment Tool (LCAT) is developed in the framework of the thesis as well. This tool is able to study composite highway bridges over their lifetime (100 years) and includes three main modules: Life Cycle Cost (LCC), Life Cycle Environmental Assessment (LCEA) and Life Cycle Performance (LCP). In general, LCA tend to predict the entire lifetime performance, cost, etc.; thus, some uncertainties cannot be avoided. Several probabilistic analyses were done in the present thesis, and in the end a probabilistic tool was developed based on the deterministic one. An optimization was also done for both types of the tools regarding the maintenance strategies, including re-coating and strengthening of the bridge. A case study of a composite highway bridge in Portugal, which is analysed with both deterministic and probabilistic tools, is presented in the thesis. Also both non-optimized and optimized maintenance strategies are applied on it. Finally, the conclusions are summarized emphasising the importance of probabilistic approach and optimization for Life Cycle Assessment Tools for composite bridges.