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Un cadre pour évaluer les effets du changement climatique sur les ponts soumis à détérioration progressive et à des événements extrêmes : applications à l'affouillement et aux inondations
No full textSur l’histoire, le climat a changé en raison de divers processus naturels. Pendant le dernier siècle, le réchauffement de la planète est amplifié en raison des activités humaines. Par conséquent, les émissions de gaz à effet de serre ont augmenté dans l'atmosphère, provoquant une augmentation de la température moyenne mondiale, des changements dans les régimes de précipitations, de la circulation océanique, des écosystèmes et la fonte des glaciers. Dans un contexte de changement climatique, les événements extrêmes soient plus intenses et plus fréquents, ce qui pourrait affecter la performance et la viabilité des infrastructures. Le défi consiste à évaluer les impacts climatiques à long terme sur les infrastructures. Dans ce contexte, les modèles climatiques simulent le système climatique de la planète. Cependant, en raison de leurs incertitudes, les méthodes de prédictions sont utilisées pour fournir des valeurs plus précises, mais ces méthodes sont incapables de simuler des valeurs extrêmes. Pour ce faire, on a proposé le Hidden Seasonal Conditional Markov-Switching Autoregressive modéle pour simuler des valeurs sévères. Dans le cadre de la stabilité des ponts traversant des rivières, l'affouillement réduit la stabilité des fondations des ponts et provoquent des défaillances soudaines. Ce problème est abordé de manière stochastique et utilise un processus de Lévy pour représenter le comportement des profondeurs d'affouillement locales, en calculant l'affouillement à l'aide de l'équation de HEC- 18 et en appliquant des contraintes hydrauliques pour assurer des amplitudes raisonnables. Les inondations peuvent avoir un impact sur la fonctionnalité des ponts qui traversent les rivières lorsque la magnitude des inondations dépasse la magnitude du niveau. Pour ce faire, on propose une méthodologie pour 'évaluer la fonctionnalité d'un pont et de sa zone adjacente dans le cadre d'un changement climatique. Plusieurs distributions pour analyser la fréquence des inondations sont étudiées pour déterminer celles qui représentent au mieux les niveaux d'inondation et leur probabilité de dépassement annuel. Une évaluation des risques est ensuite effectuée pour évaluer la performance du pont et de sa zone adjacente. En outre, la possibilité que le pont soit hors service en raison d'une inondation est étudiée de manière stochastique à l'aide d'un processus de Poisson.Over time, the Earth’s climate has undergone significant changes due to a variety of natural processes. During the last century, global warming has drastically increased due to human activities, which has in turn increased the greenhouse gases in the atmosphere causing an increase in global average temperature, changes in precipitation patterns, ocean circulation, ecosystems, and melting of glaciers. Under a changing climate, extreme events are expected to be more severe in intensity and frequency in some regions, which in turn could affect the performance and serviceability of infrastructure assets. The challenge is to assess the long-term climatic impacts on infrastructure assets. In this context, climate models simulate the Earth’s climate system and provide predictions for several scenarios of radiative forcing. However, due to their uncertainties, time series forecasting methods are used to provide more precise forecasts. Unfortunately, these methods are unable to simulate severe values. This is approached in this study by proposing a Hidden Seasonal Conditional Markov-Switching Autoregressive model to simulate severe values. In the context of the stability of bridges crossing rivers, scouring patterns reduce the bridges’ foundation stability and cause sudden failure. This is approached stochastically by using a Lévy process to represent the behavior of local scour depth magnitudes, in which the local scour is computed using the HEC-18 equation. To ensure reasonable magnitudes of scour depth; fluid hydraulic constraints are implemented. Flooding events can impact the serviceability of bridges crossing rivers when the magnitude of floods exceeds the magnitude of the design flood level. This is approached by proposing a framework to assess the serviceability of a bridge and its surrounding area under a changing climate. Several distributions of flood frequency analysis are investigated to determine the flood levels and their annual exceedance probability. Then risk assessment is performed to assess the bridge’s performance and its surrounding areas under a changing climate. In addition, the probability of the bridge being out of service due to flooding events under a changing climate is stochastically investigated using a Poisson process
Climate Change Effects and Adaptation for Corroding Reinforced Concrete Structures
No full textInternational audienceClimate change could have a significant impact on the longevity of reinforced concrete structures. As the climate changes, the exposure of reinforced concrete structures to various environmental factors such as temperature, humidity, and precipitation can increase, leading to potential changes in chloride ingress and carbonation mechanisms. These issues can lead to premature corrosion initiation, which increase the risk of structural failure.The talk starts providing an overview of studies that have been conducted to assess the effects of climate change on reinforced concrete structures for several locations and exposure conditions worldwide. The adaptation to these new conditions is also discussed, and a risk-based decision framework is presented to illustrate how these risks can be managed and mitigated. This framework can be used by practitioners in the construction industry to make informed decisions about how to design, construct, and maintain reinforced concrete structures in a changing climate
Infraestructura vial en el marco del cambio climático: efectos potenciales y adaptación
No full textInternational audienceLa infraestructura vial es un componente clave para el desarrollo sostenible de las sociedades modernas. Está diseñada para garantizar niveles objetivo de capacidad de servicio y seguridad sobre la base de experiencias pasadas y conocimientos actuales sobre prácticas de diseño, construcción y mantenimiento. Sin embargo, el cambio climático podría modificar el rendimiento de la vida útil de la infraestructura al aumentar o disminuir los riesgos de falla. En consecuencia, es necesario un enfoque racional y científico para abordar la adaptación de las infraestructuras existentes y nuevas de manera integral. Esta charla proporcionará una visión general de los trabajos recientes en esta área, incluyendo: (i) la evaluación de los efectos del cambio climático, (ii) la adaptación a las nuevas condiciones ambientales para futuros escenarios de cambio climático, y (iii) la toma de decisiones bajo un clima cambiante. Durante la charla se presentarán y discutirán varios ejemplos de deterioro y estabilidad de puentes. Finalmente, se dará una visión general sobre la evolución de las normas de diseño y construcción en Europa en un contexto de cambio climático
Contribution à une gestion durable de structures en béton armé soumises à la pénétration des ions chlorure
No full textNowadays, multiple constraints imposed by economic, social and environmental considerations undergo maintenance planning optimization into a major challenge to designers, owners and users of infrastructure. This study focuses on the management of reinforced concrete (RC) structures placed in marine atmospheres. Under these exposure conditions, chloride penetration generates corrosion of the reinforcing bars reducing the RC durability. Therefore, modeling the deterioration process as well as the maintenance actions carried out during the operational life becomes paramount for the formulation of a sustainable maintenance strategy. The main objective of this thesis is to develop a new methodology for optimizing the performance of maintenance strategies for corroding RC structures. Contrary to classical management of infrastructure that is mainly based on economic constraints, this study proposes an extension to environmental criteria in view to find sustainable maintenance solutions. The management model combines: a comprehensive model of chloride penetration, Markov processes and decision theory. The uncertainty related to material properties, model and environmental actions as well as the effect of imperfect inspections are also integrated to the model. Given that a sustainable maintenance strategy should minimize costs and environmental impact, a multi-criteria approach for decision-making is also implemented. Several numerical examples and real case studies illustrate the aforementioned points throughout the manuscript. In general, it is concluded that the proposed methodology can be useful to improve the environmental performance and the costs of a given strategy by ensuring appropriate levels of serviceability and safety.A l'heure actuelle, des multiples contraintes économiques, sociales et environnementales transforment l'optimisation de la planification des travaux de maintenance en un défi majeur pour les concepteurs, les propriétaires et les utilisateurs des infrastructures. Cette étude se concentre sur la gestion des structures en béton armé placées dans des environnements marins. Dans ces conditions d'exposition, la pénétration des ions chlorure génère la corrosion des armatures en réduisant la durabilité du béton armé. Par conséquent, la modélisation des processus de dégradation ainsi que des actions de maintenance réalisées au cours de la durée de vie opérationnelle devient primordiale pour la formulation d'une stratégie de maintenance durable. L'objectif principal de cette thèse est de développer une nouvelle méthodologie pour l'optimisation de la performance des stratégies de maintenance des structures en béton armé sujettes à la corrosion. La gestion des infrastructures est principalement basée sur des contraintes économiques. Cette étude propose une extension à des critères environnementaux pour trouver des solutions inscrites dans le cadre du développement durable. Le modèle de gestion combine: un modèle étendu de pénétration des chlorures, des processus de Markov et la théorie de la décision. L'aléa lié aux propriétés des matériaux, au modèle et aux actions environnementales ainsi que les effets des inspections imparfaites sont également intégrés au modèle. Étant donné que la stratégie de maintenance durable doit minimiser les coûts et l'impact environnemental, une approche multicritère pour la prise de décision est également mise en œuvre. Plusieurs exemples numériques et des études de cas réels illustrent les points ci-dessus dans ce mémoire. Il est démontré que la méthode proposée peut être utile pour améliorer la performance environnementale et les coûts d'une stratégie de maintenance donnée en assurant des niveaux appropriés de service et de sûreté
Climate Adaptation Engineering: Risks and Economics for Infrastructure Decision-Making
No full textInternational audienc
Probabilistic service life modeling of RC structures subjected to the combined effect of chloride-induced corrosion and cyclic loading
Get PDFDurability of reinforced concrete (RC) structures placed in non-aggressive environments is often sat- isfactory. However, under certain environmental conditions there are internal or external actions that significantly reduce their lifetime. Nowadays, lifetime assessment of deteriorating structures is focused on the isolated effect of the main deterioration processes (corrosion, fatigue, creep, etc.). However, it is paramount to study the combined effect of various deterioration processes because such interaction could reduce structural integrity. This study proposes a new model for lifetime assessment of RC structures subjected to corrosion- fatigue deterioration processes. The proposed model distinguishes between the following phenomena: chloride penetration, corrosion of reinforcement, concrete cracking and corrosion-fatigue of reinforcing bars. Chloride penetration determines corrosion initiation. Corrosion reduces the cross-section of reinforcing steel. The accumulation of corrosion products in the steel/concrete interface produces concrete cracking. Fatigue causes the nucleation and the propagation of cracks in steel bars. The interaction between corrosion and fatigue can only be taken into account when modeling the combined problem. Thus, pitting corrosion generates stress concentrations that nucleate cracks in the reinforcing bars. Cyclic loading and environmental factors affect the kinematics of crack propagation. There exists significant uncertainty related to the combined corrosion-fatigue problem. This study also addresses this problem by considering the uncertainty inherent in (1) material properties, (2) model and its parameter and (3) environmental actions. Time-invariant random variables represent the uncertainty of material properties and model. Stochastic processes consider the uncertainty of environmental actions. The proposed stochastic models for weather (temperature and humidity) take into account seasonal variations and global warming. The stochastic models for environmental chloride concentration differentiate between exposure to de-icing salts or the sea. Finally, a fuzzy approach accounts for the uncertainty related to corrosion rate. The proposed model is applied to the reliability analysis of RC members located in various chloride- contaminated environments. Overall results reveal that the combined effect of corrosion-fatigue de- pends on environmental conditions and strongly influences the performance of RC structures leading to large reductions in expected lifetime
Evaluation of the effectiveness of adaptation techniques for existing structures under climate change: application to RC structures in marine environments in France
No full textContribuciones sobre la evaluación probabilística de la vida útil y la optimización del mantenimiento de estructuras en concreto reforzado expuestas a la corrosion
No full textInternational audienceEl concreto reforzado es un material ampliamente empleado en la construcción de infraestructuras que desempeñan un papel vital en el desarrollo socioeconómico de las comunidades modernas. Sin embargo, en ambientes costeros y marinos, las estructuras de concreto reforzado se pueden enfrentar a condiciones ambientales y operativas extremas, lo que conduce al inicio y propagación de la corrosión de las armaduras de refuerzo. En consecuencia, tales condiciones pueden afectar negativamente la capacidad de servicio y la seguridad de estas estructuras. Abordar el desafío de mejorar la evaluación de la vida útil y las operaciones de mantenimiento de las estructuras de concreto reforzado en condiciones reales es crucial para aumentar la rentabilidad y la confiabilidad de los proyectos existentes y futuros. Esta presentación describe varias contribuciones en el ámbito de la evaluación de la vida útil y la gestión del mantenimiento de las estructuras de concreto reforzado propensas a la corrosión. Las contribuciones abarcan el desarrollo de métodos numéricos para la evaluación probabilística de la vida útil y la optimización del mantenimiento. Además, estos métodos implican la cuantificación de la incertidumbre y la variabilidad espacial, extrayendo información de los datos de inspección. Las técnicas desarrolladas se basan principalmente en modelos basados en la física, complementados con la integración de redes bayesianas y herramientas de modelado de campos aleatorios. Esta integración permite la cuantificación de la incertidumbre y la variabilidad espacial, utilizando datos de pruebas destructivas y no destructivas realizadas en condiciones de exposición normales, aceleradas y en campo. La presentación concluye esbozando posibles vías para futuros estudios y haciendo hincapié en las prioridades de investigación para los próximos años
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