Deformation capacity of reinforced concrete beams: new insights for the assessment of sound and corroded members

Civil structures and infrastructure can be exposed to various hazards that can induce other internal actions in addition to those due to service loads. In various situations, structures need to be able to deform almost not reducing their strength and without fail, to some extent. In other words, they must have sufficient deformation capacity. Such an ability is for example very useful to accommodate redistribution of internal actions in statically indeterminate structures, as well as to avoid failure due to imposed deformations such as those due to differential ground settlements below the foundations. In addition, in many cases inelastic deformation capacity really is a fundamental property for structures, e.g. when they should be able to survive strong earthquakes without collapsing. In this work, deformation capacity of reinforced concrete beams is addressed, first providing an analytical framework to analyze deformation capacity and ductility at sectional level. Then, the simulation performances of different practice-oriented analytical and numerical modelling approaches are tested, with the aim of check their capability in providing estimations of the failure mode and deformation capacity of both sound and corroded reinforced concrete beams, understanding some of the current limits of this type of approaches. Finally, in order to foster possible improvements in the estimation of deformation demands in buildings subjected to ground settlements, the applications of a promising satellite remote sensing technique (MT-DInSAR) to monitor ground deformations in urban areas has been analyzed, highlighting major potentials and current limitations. Overall, the tools and insights proposed in the present work aim to be useful in fostering the improvement of engineering practices employed for performance-based design and assessment of reinforced concrete structures.

Le strutture e le infrastrutture civili possono essere esposte a vari rischi che possono indurre sollecitazioni aggiuntive oltre a quelle dovute ai carichi di servizio. In varie situazioni, le strutture devono essere in grado di deformarsi senza ridurre significativamente la loro resistenza e senza raggiungere il collasso, almeno in una certa misura. In altre parole, devono avere una sufficiente capacità deformativa. Tale proprietà è ad esempio molto utile per accomodare la ridistribuzione delle azioni interne nelle strutture iperstatiche, nonché per evitare collassi dovuti a deformazioni imposte, come quelle dovute ai cedimenti differenziali del terreno sottostante le fondazioni. Inoltre, in molti casi la capacità deformativa in campo anelastico risulta veramente una proprietà fondamentale, ad esempio affinché le strutture possano sopravvivere a forti terremoti senza crollare. In questo lavoro si affronta il tema della capacità deformativa di travi in calcestruzzo armato, fornendo innanzitutto un approccio analitico per analizzare la capacità deformativa e la duttilità a livello sezionale. Successivamente, vengono analizzate le capacità predittive di diversi approcci di modellazione analitica e numerica, con l'obiettivo di verificare la loro capacità di fornire stime delle modalità di rottura e della capacità deformativa di travi in calcestruzzo armato sia sane che corrose, evidenziando alcuni degli attuali limiti di questo tipo di approcci. Infine, al fine di favorire possibili miglioramenti nella stima delle domande di deformazione in edifici soggetti a cedimenti differenziali del terreno, è stata analizzata l’applicazione di una promettente tecnica di telerilevamento satellitare (MT-DInSAR) per il monitoraggio delle deformazioni del terreno in aree urbane, evidenziandone le principali potenzialità e gli attuali limiti. Complessivamente, gli strumenti e gli spunti proposti nel presente lavoro auspicano ad essere utili per favorire il miglioramento delle pratiche ingegneristiche impiegate per la progettazione e la verifica strutturale delle costruzioni in calcestruzzo armato.