Lifetime robustness and seismic performance of concrete structures exposed to corrosion

Structural robustness is often defined as the ability of a structure to suffer an amount of damage which is not disproportionate with regards to the causes of the damage itself. In this thesis, the effects of corrosion-related damage on reinforced concrete structures are investigated in deterministic and probabilistic terms. A criterion for the life-cycle assessment of robustness of concrete structures, proposed in previous works, is applied; it is then adapted to the evaluation of time-variant seismic behavior of structural systems undergoing environmental damage. The lifetime evolution of the seismic performance for different damage states is quantitatively measured by introducing proper performance indicators evaluated by means of both static and dynamic analyses. The effects of the corrosion on structural robustness are investigated by comparing the performance indicators in the original state, in which the structure is fully intact, and in a perturbed state, in which a damage scenario is applied. The effectiveness of the proposed approach is shown through several applications, including the seismic robustness assessment of a concrete bridge exposed to chloride-induced corrosion. The results highlight the important role of environmental hazard in the assessment of seismic robustness of concrete structures.

La robustezza strutturale viene spesso definita come la capacità di una struttura di manifestare un livello di danneggiamento non sproporzionato nei confronti delle cause del danneggiamento stesso. Nel presente lavoro di tesi, si studiano gli effetti del degrado di strutture in calcestruzzo armato soggette a corrosione in termini sia probabilistici sia deterministici. Viene formulato un criterio per la valutazione della robustezza di strutture in calcestruzzo armato durante la loro vita utile. La formulazione proposta viene estesa all’analisi del comportamento sismico di sistemi strutturali soggetti a degrado ambientale. La variazione, nel tempo, delle prestazioni sismiche è misurata quantitativamente attraverso l’introduzione di indicatori prestazionali valutati tramite analisi statiche e dinamiche. Il ruolo del danneggiamento da corrosione sulla robustezza strutturale è studiato tramite la comparazione tra gli indicatori prestazionali calcolati allo stato iniziale, quando la struttura è integra, con quelli relativi allo stato perturbato, in cui si tiene conto di un assegnato scenario di danneggiamento. L’efficacia dell’approccio proposto viene mostrata mediante numerose applicazioni, tra cui un ponte in calcestruzzo armato soggetto a corrosione da cloruri. I risultati ottenuti evidenziano la necessità di tener conto dell’esposizione ambientale per una valutazione realistica della robustezza di strutture in calcestruzzo armato.