Autor: ALONSO MEDINA, Pablo

Título: Criteria for modelling and predicting ageing of structural concrete bridges

Fecha: 2026

Materia: ---

Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS

Departamento: MECANICA DE MEDIOS CONTINUOS Y TEORIA DE ESTRUCTURAS

Acceso electrónico: https://oa.upm.es/93923/

Director/a(s):

• Director/a: LEÓN GONZÁLEZ, Francisco Javier

Resumen: The systematic inspection of bridges has generated, over the last decades, vast databases containing detailed records of damages, conditions, and interventions. However, these data are often underused, frequently reduced to descriptive records that, while extensive, provide only limited guidance for asset management. Transforming such accumulated knowledge into robust analytical and predictive tools is necessary to improve the efficiency, safety, and sustainability of Bridge Management Systems (BMS), and to close the long-standing gap between inspection practice and scientific modelling. Building upon this premise, this dissertation develops and validates a methodology for modelling and predicting the ageing of reinforced concrete (RC) bridges from inspection databases. The methodology is grounded in the analytical model of deterioration proposed by A. Miyamoto. Here, the model is calibrated through regression from inspection data, ensuring that its parameters accurately reflect the actual behaviour of the structures rather than relying in predefined assumptions. In addition, the model is provided with a probabilistic dimension - absent until now - by explicitly linking deterioration to admissible probabilities of acceptance or failure, defined in terms of durability, to set damage thresholds. In this way, the proposal integrates analytical deterioration modelling with probability-based concepts, producing deterioration curves that are physically meaningful and statistically representative. Its validation through two radically different systems - the Spanish AURA BMS and the American FHWA BMS - confirms the robustness and universal applicability of the approach. A major novelty lies in the derivation of deterioration curves not only for individual bridges but also for entire typologies, enabling collective ageing patterns to be identified with greater representativity. The dissertation also incorporates, for the first time, an analytical study of repaired bridges, confirming their slower post-repair deterioration while recognising that their condition after intervention generally remains below theoretical maximum values. The research introduces advanced statistical contributions, particularly the correlation matrix and the concomitancy coefficient, which provide a deeper understanding of how damages evolve together. These tools enhance the precision of deterioration models while guiding inspectors toward the most informative defects, reinforcing the practical value of inspection data. Equally important are the probabilistic contributions. By transforming inspection results into normalised variables, the methodology enables the definition of explicit thresholds linked to admissible probabilities of failure. This integration aligns bridge management with the same safety principles that underpin structural design codes, placing the management of existing structures on the same level of rigour and coherence as the design of new ones. The applicability of the methodology is not limited to reinforced concrete: its principles have also been demonstrated for other materials, such as steel and masonry. This versatility underscores the robustness of the approach and opens perspectives for deterioration modelling across a wide spectrum of structural typologies and materials. In summary, this dissertation demonstrates how descriptive inspection data can be transformed into analytical, quantifiable, and probabilistic models of deterioration. It consolidates deterioration modelling as both a scientific and engineering discipline and a practical tool for modern bridge management, redefining conservation as a central and rigorous field of civil engineering. At the same time, it highlights the value of decades of inspection records, strengthening the link between observation, analysis, and decision-making, and ultimately contributing to safer, more sustainable, and more efficient management of the built heritage. RESUMEN Las campañas de inspección de puentes han generado, a lo largo de las últimas décadas, extensas bases de datos. Sin embargo, esta información ha sido a menudo infrautilizada, reducida a un mero registro descriptivo. Transformar dicho conocimiento en una herramienta analítica y predictiva fiable capaz de modelar y predecir el deterioro de los puentes resulta imprescindible para mejorar la eficiencia, la seguridad y la sostenibilidad de los Sistemas de Gestión de Puentes. Partiendo de esta premisa, esta tesis desarrolla y valida una metodología integral para el modelado y la predicción del envejecimiento de puentes de hormigón a partir de bases de datos de inspecciones. La metodología se fundamenta en el modelo analítico de deterioro planteado por A. Miyamoto, tradicionalmente aplicado de forma simplificada. En este trabajo, dicho modelo se calibra mediante regresión sobre datos de inspecciones para que sus parámetros reflejen con fidelidad el comportamiento real de las estructuras. Además, se dota al modelo de una dimensión probabilista hasta ahora ausente al vincular explícitamente la evolución del deterioro con probabilidades admisibles o no admisibles en términos de deterioro para la definición de umbrales de daño. De este modo, la propuesta integra el modelado analítico del deterioro con principios probabilistas, generando curvas de deterioro con un sentido físico claro, pero a la vez estadísticamente representativas. Su validación mediante aplicación real a dos casos distintos el español AURA y el estadounidense FHWA confirma su solidez y aplicabilidad universal. Una de las principales novedades radica en la obtención de curvas de deterioro no solo para puentes individuales, sino también para tipologías completas, lo que permite identificar y analizar patrones colectivos de envejecimiento. La tesis incorpora también, por primera vez, un estudio analítico de puentes reparados, confirmando su deterioro más lento tras las intervenciones y constatando que su estado posterior a la reparación generalmente se mantiene por debajo de los valores teóricos máximos correspondientes a las estructuras antes de la intervención. La investigación introduce, además, importantes aportaciones estadísticas. En particular la matriz de correlación y el coeficiente de concomitancia, que ofrecen una visión más profunda de la evolución conjunta de los daños. Estas herramientas aumentan la precisión de los modelos de deterioro y, al mismo tiempo, orientan a los inspectores hacia los defectos más relevantes. Igualmente destacables son las contribuciones de carácter probabilista. Al transformar los resultados de las inspecciones en variables normalizadas, la metodología permite definir umbrales vinculados a probabilidades admisibles de aceptación o fallo. Esta integración alinea la gestión de puentes existentes con los mismos principios de seguridad que sustentan los códigos internacionales de diseño estructural, equiparando en rigor el diseño de nuevas estructuras y la gestión de las existentes. La aplicabilidad de la metodología no se limita al hormigón armado: sus principios han sido contrastados también con otros materiales estructurales, como el acero y la fábrica. Esta versatilidad refuerza la solidez del enfoque y abre nuevas perspectivas para el modelado del deterioro en un amplio espectro de tipologías y materiales. En síntesis, esta tesis demuestra cómo las bases de datos de inspecciones pueden transformarse en soporte para modelos analíticos de deterioro capaces de ofrecer resultados cuantificables en un marco probabilista. El trabajo consolida el modelado del deterioro como disciplina científica e ingenieril y como una herramienta práctica para la gestión de puentes. Asimismo, pone en valor la utilidad de la información recopilada durante décadas en registros de inspección de puentes, fortaleciendo el vínculo entre observación, análisis y decisión, y contribuyendo a una gestión más segura, sostenible y eficiente del patrimonio construido.