The impact of human errors on the performance to failure of concrete bridges

Abstract

O colapso de pontes que tiveram lugar em todo o mundo nos últimos 50 anos destacou o erro humano como a principal causa do colapso de pontes. Dadas as implicações financeiras, sociais e psicológicas de tais eventos indesejados, a contribuição do erro humano no colapso de pontes deve ser investigada com o objetivo de compreender como é que a robustez e a segurança estrutural das pontes são afetadas pelos mesmos. A deterioração das pontes, leva à redução das margens de segurança, expondo muitas vezes deficiências causadas por erros de projeto e construção, realçando a importância do desenvolvimento de procedimentos de avaliação estrutural mais abrangentes, tendo em conta numerosas fontes de incertezas. Apesar destes factos conhecidos existem poucos trabalhos disponíveis investigando questões tão relevantes. Neste sentido este trabalho aborda a identificação dos erros humanos em suas inúmeras formas, ou seja, erros de projeto e erros de construção, de acordo com opiniões de especialistas e eventos de colapso de pontes registados. Diferentes erros representam diferentes ameaças à segurança estrutural; como tal o risco relativo dos erros também é investigado. O real impacto dos erros humanos na segurança estrutural é investigado através de três pontes de betão armado, considerando a probabilidade de falha perante um conjunto de incertezas como principal indicador de desempenho. Tal investigação é realizada em duas etapas, uma onde os erros de projeto e construção são introduzidos em cenários onde se entende que eles estão presentes e outra onde a possibilidade de ocorrência de erros de construção é investigada considerando a probabilidade do erro humano e a magnitude do erro. Ocorrências únicas e múltiplas de erros também são discutidas. Modelos de elementos finitos, considerada para fins de análise estrutural não linear, e modelos substitutos são introduzidos como a base das múltiplas análises de fiabilidade estrutural realizadas. Finalmente, a previsão da vida útil de pontes considerando a corrosão induzida por carbonatação e a redução da vida útil das pontes causada por erros de construção são questões também abordadas.

The collapse of bridges that have taken place worldwide in the last 50 years has highlighted human error as the main cause of the collapse of bridges. Given the financial, social and phycological implications of such hazardous events, human errors' contribution to the collapse of bridges must be investigated, aiming to understand how their robustness and structural safety are affected. The ageing of bridges leads to safety margin reductions that often expose deficiencies caused by design and construction errors, underling the importance of developing more comprehensive frameworks that consider numerous sources of uncertainty for structural safety assessment purposes. Despite these facts and known needs, few works facing such relevant concerns are available. Accordingly, human errors are identified in their numerous forms, i.e., design errors and construction errors, according to expert opinions and real-world bridge collapse events. Different errors represent different threats to structural safety; thus, their relative risk is also investigated. The actual impact of human errors on structural safety is investigated through one reinforced and two prestressed concrete bridges, using their probability of failure, given a group of uncertainties, as the main performance indicator. Such investigation is performed on two fronts, one where design and construction errors are introduced under scenarios where they are understood to be present, and another where the possibility of occurrence of construction errors is investigated considering probabilistic models to describe human error probabilities and error magnitudes. Single and multiple occurrences of errors are also discussed. Finite element modelling, considered for non-linear structural analysis purposes, and surrogate models are introduced as the backbone of the multiple structural reliability analysis performed. Finally, the service life prediction of bridges considering carbonation-induced corrosion and the service life reduction of bridges due to construction errors are carefully addressed.