Development and Application of Automated Computational Model for the 
Estimation of Service Life of RC Infrastructures with Drones
D

Παπαδάτου, Αικατερίνη; Papadatou, Aikaterini

dc.contributor.author	Παπαδάτου, Αικατερίνη
dc.contributor.author	Papadatou, Aikaterini
dc.date.accessioned	2021-11-05T18:34:32Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54033
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21731
dc.rights	Default License
dc.subject	UAV inspection	en
dc.title	Development and Application of Automated Computational Model for the Estimation of Service Life of RC Infrastructures with Drones D	en
dc.title	Ανάπτυξη και εφαρμογή αυτοματοποιημένου υπολογιστικού μοντέλου εκτίμησης διάρκειας ζωής κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα με χρήση ΣμηΕΑ	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Οπλισμένο Σκυρόδεμα	el
heal.classification	Διάβρωση	el
heal.classification	Εκτίμηση Εναπομένουσας Διάρκειας Ζωής Κατασκευών	el
heal.dateAvailable	2022-11-04T22:00:00Z
heal.language	el
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-10
heal.abstract	Η διάβρωση αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι κατασκευές κατά τη λειτουργία τους και συχνά εμφανίζεται μέσω των επιφανειακών φθορών. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετώνται φθορές και συγκεκριμένα ρωγμές που εμφανίζονται σε κατασκευές από Οπλισμένο Σκυρόδεμα (Ο.Σ.) εξαιτίας της διάβρωσης, με σκοπό την εκτίμηση της εναπομένουσας διάρκειας ζωής τους. Συγκεκριμένα, για την εξ’ αποστάσεως αποτίμηση της λειτουργικής κατάστασης υφιστάμενων κατασκευών Ο.Σ., αναπτύσσεται αυτοματοποιημένη υπολογιστική εφαρμογή επεξεργασίας εικόνας και προτείνεται μεθοδολογία εκτίμησης της εναπομένουσας διάρκειας ζωής της, βασιζόμενη σε υφιστάμενα μοντέλα. Για τις ανάγκες της εργασίας, αρχικά γίνεται θεωρητική ανάλυση των αιτιών που προκαλούν τις επιφανειακές φθορές, δίνοντας βαρύτητα κυρίως στη διάβρωση του χαλύβδινου οπλισμού εξαιτίας της δράσης χλωριόντων και της ενανθράκωσης. Στη συνέχεια παρατίθενται τα υφιστάμενα μοντέλα εκτίμησης της διάρκειας ζωής λόγω διάβρωσης με σκοπό την πρόταση μίας απλουστευμένης μεθοδολογίας, όπου μοναδικό δεδομένο για την εκτίμηση της διάρκειας ζωής αποτελούν τα χαρακτηριστικά της επιφανειακής φθοράς (π.χ. το εύρος ρωγμής). Τέλος, για την ανάπτυξη της υπολογιστικής εφαρμογής που μέσω της ψηφιακής εικόνας, θα υπολογίζει τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά και τη θέση των επιφανειακών φθορών, αξιοποιείται η τεχνητή νοημοσύνη. Η τεχνητή νοημοσύνη διακρίνει και αξιοποιεί κατάλληλα την πληροφορία της οπτικής επιθεώρησης, δηλαδή εικόνων που έχουν ληφθεί από στατική κάμερα ή κάμερα ΣμηΕΑ. Στόχος της εργασίας είναι η ανάπτυξη και εφαρμογή κατάλληλης μεθοδολογίας για την αρχική αποτίμηση της κατάστασης μίας υφιστάμενης κατασκευής που υποφέρει από τη διάβρωση ακόμα και όταν η πρόσβαση σε αυτή είναι δυσχερής, όπως π.χ. στην περίπτωση γεφυρών. Σε αυτό το πλαίσιο, γίνεται πιλοτική εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας σε δύο μελέτες περιπτώσεων, δηλαδή γεφυρών οι οποίες παρουσιάζουν εμφανείς βλάβες λόγω διάβρωσης.	el
heal.abstract	Corrosion of the steel rebars of the Reinforced Concrete (RC) is one of the most serious problems that the RC structures have to deal with, during their service life and most of the times, it appears through the formation of surface defects (i.e., cracks). This dissertation considers the study of the surface cracks due to the corrosion of the steel rebars, in order to estimate the residual service life of the structure by proposing a respective methodology. In particular, the development of an automated computational application using Artificial Intelligence (AI) technology and Image Analysis aims to assess remotely the condition of an existing RC structure and to estimate the residual service life using the proposed methodology. Under the present dissertation, first of all, a theoretical analysis takes place concerning the natural causes and the mechanism of the steel corrosion (especially the chlorides’ penetration and carbonation). Then, after reviewing the existing models concerning the estimation of the residual life, a new methodology is proposed respectively. Concretely, the objective of this methodology is to estimate the residual service life of an RC structure, only by knowing the width of the crack that has been created by the rebar corrosion. Last but not least, the AI technology is being used for the development of the automated computational application, which will be able to locate the crack on the images taken by Drones or cameras, calculate its width and estimate the residual service life of the corroded structure using the proposed methodology. AI technology is capable of discerning and deploying the information of the visual inspection, videlicet images that have been captured by Drone Cameras or Static Cameras. The point of this thesis is the development and the application of an appropriate methodology in order to facilitate the in-situ inspection and the initial assessment of a structure that suffers from defects of corrosion even if it has large spans (i.e., bridges) and the access to them is risky and difficult. In addition, two pilot case studies of bridges are being held where the computational model is applied in order to assess the bridges’ condition.	en
heal.tableOfContents	Περίληψη................................................................................................................viii Abstract ....................................................................................................................ix 1 Εισαγωγή..............................................................................................................1 1.1 Γενικά.......................................................................................................................1 1.2 Κατασκευές Οπλισμένου Σκυροδέματος .................................................................1 1.2.1 Το Οπλισμένο Σκυρόδεμα (Ο.Σ).......................................................................1 1.2.2 Φθορές Οπλισμένου Σκυροδέματος..................................................................2 1.3 Αντικείμενο της παρούσας εργασίας........................................................................3 2 Θεωρητικό Μέρος................................................................................................5 2.1 Ανθεκτικότητα Οπλισμένου Σκυροδέματος.............................................................5 2.2 Δράσεις Ανθεκτικότητας..........................................................................................6 2.3 Ο Μηχανισμός της Διάβρωσης ................................................................................8 2.3.1 Συνέπειες Διάβρωσης......................................................................................11 2.3.2 Ρηγμάτωση (Crack) και Αποκόλληση (Spalling)............................................12 2.3.3 Το Νερό...........................................................................................................13 2.3.4 Διάβρωση Παρουσία Χλωριόντων..................................................................14 2.3.5 Ενανθράκωση Σκυροδέματος..........................................................................14 2.4 Μορφές Διάβρωσης................................................................................................16 2.4.1 Γενική ή Ομοιόμορφη Διάβρωση....................................................................16 2.4.2 Τοπική Διάβρωση............................................................................................17 2.4.3 Διάβρωση λόγω Ανάπτυξης Εξωτερικής Διαφοράς Δυναμικού.....................17 2.4.4 Διάβρωση υπό Μηχανική Τάση (stress corrosion) .........................................18 3 Εκτίμηση Διάρκειας Ζωής Κατασκευής............................................................19 3.1 Διάρκεια Ζωής........................................................................................................19 3.2 Προσεγγιστικά Μοντέλα Εκτίμησης Διάρκειας Ζωής...........................................20 3.2.1 Μοντέλο Clear Kenneth (1976) ......................................................................20 3.2.2 Μοντέλο Bazant (1979)...................................................................................21 3.2.3 Μοντέλο Tuutti (1982)....................................................................................23 3.2.4 Μοντέλο Morinaga (1988)..............................................................................24 3.2.5 Μοντέλο Andrade (1998)................................................................................25 3.2.6 Μοντέλο Wang and Zhao (1999)....................................................................25 3.2.7 Παραμετρική σύγκριση μοντέλων από Faiz Uddin Ahmed Shaikh (2018)....26 3.3 Εκτίμηση Διάρκειας Ζωής......................................................................................29 3.3.1 Προτεινόμενη Μεθοδολογία Εκτίμησης Διάρκειας Ζωής..............................29 4 Μέθοδοι αποτίμησης κατάστασης υφιστάμενης κατασκευής...........................35 4.1 Διαθέσιμες μέθοδοι αποτίμησης κατάστασης υφιστάμενης κατασκευής ..............35 4.1.1 Επεμβατικές Μέθοδοι Αποτίμησης (Destructive Testing Methods)...............35 4.1.2 Μη-Καταστροφικές Μέθοδοι (Non-destructive Testing Methods).................36 4.1.3 Η οπτική μέθοδος επιθεώρησης (Visual Inspection Method).........................38 5 Θεωρητικό υπόβαθρο για την ανάπτυξη υπολογιστικής εφαρμογής.................39 5.1 Ανάλυση της προγραμματιστικής εφαρμογής........................................................40 5.1.1 Το Τεχνητό Νευρωνικό Δίκτυο (Artificial Neural Network)..........................40 5.1.2 Η εκπαίδευση του νευρωνικού δικτύου ..........................................................44 5.1.3 Μεταφορά Μάθησης (Transfer Learning) ......................................................446 Πειραματικό Μέρος...........................................................................................46 6.1 Ανάπτυξη Υπολογιστικής Εφαρμογής σε περιβάλλον Matlab...............................46 6.2 Επεξεργασία εικόνων (Image Analysis and Processing)........................................48 7 Αποτελέσματα και Αξιολόγηση Αποτελεσμάτων .............................................54 7.1 Απόδοση της υπολογιστικής εφαρμογής και Διάγραμμα Ροής..............................54 7.2 Αποτελέσματα της Επεξεργασίας...........................................................................56 7.2.1 1 η Σειρά Μέτρησης: ........................................................................................56 7.2.2 Σχολιασμός των Αποτελεσμάτων....................................................................63 7.3 Εφαρμογή σε Γέφυρες............................................................................................64 7.3.1 Γέφυρα Νέας Περάμου ...................................................................................65 7.3.2 Γέφυρα Μεγάρων............................................................................................66 8 Συμπεράσματα και Προτάσεις για Περαιτέρω Έρευνα .....................................68 8.1 Συμπεράσματα........................................................................................................68 8.2 Προτάσεις για περαιτέρω έρευνα ...........................................................................69 9 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ...................................................................................................74	el
heal.advisorName	Μπαδογιάννης, Ευστράτιος
heal.advisorName	Badogiannis, Eustratios
heal.committeeMemberName	Βουγιούκας, Εμμανουήλ
heal.committeeMemberName	Φραγκιαδάκης, Μιχαήλ
heal.academicPublisher	Σχολή πολιτικών μηχανικών/ εργαστήριο οπλισμένου σκυροδέματος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	90
heal.fullTextAvailability	false