Lors de l'étude du béton armé, la liaison acier béton est un élément "clé" dans le comportement du composite car celle-ci permet le transfert des efforts entre les armatures et le béton. La compréhension du phénomène, ainsi que sa prise en compte dans l'analyse numérique des structures en " béton armé ", ont été le principal objet de ce travail de recherche. Ainsi, on a formulé un modèle de comportement non linéaire thermodynamique de la liaison, écrit en termes de contrainte-déformation, supporté par un élément spécial d'interface 2D d'épaisseur nulle. Ensuite, on a effectué une identification des paramètres ainsi que quelques exemples d'analyse. Finalement, on a montré les bases d'un Elément Fini Enrichi pour le béton armé englobant les trois composants : béton - liaison - acier.

Les bétons autoplaçants (BAP) représentent une technologie émergente basée sur la fluidité du matériau et l'élimination de la vibration pour leur mise en place. Les avantages des BAP sont une réduction remarquable du temps de coulée, une plus grande facilité à remplir des éléments structuraux fortement armés, une réduction de l'effort physique, une élimination des vibrations et du bruit, une amélioration de la qualité de la surface et une confection de produits de béton de meilleure qualité. Un approvisionnement inadéquat ou interrompu du BAP lors d'une coulée dans des environnements chauds et secs ou dans des coffrages volumineux ou encore lorsque le béton est retenu peut causer des plans de faiblesses. Certains BAP ont des propriétés thixotropiques et peuvent ainsi être mis en place sur un béton qui a figé mais qui n'a pas commencé sa prise initiale. Ce type de coulée est appelée [i.e. appelé] coulée multi-couches. Dans ces cas problématiques, l'ACI (237R-07) recommande d'utiliser un vibrateur externe ou interne pour une durée de 2 à 3 secondes afin d'annuler la formation de ces lignes de bétonnage. La recherche s'intéresse à assimiler le savoir existant, effectuer des recommandations et de définir des modèles pour le lien entre 2 couches successives de BAP. Un programme expérimental a été entrepris à l'Université de Sherbrooke pour évaluer la perméabilité à l'eau et le lien résiduel entre 2 couches par des essais de flexion et de cisaillements obliques et directs pour des coulées multicouches. De plus, l'effet de la vibration de la couche ancienne de béton avant de couler la nouvelle sur le lien résiduel entre ces 2 couches a été étudiée par des essais de cisaillement direct sur le BAP durci. Huit mélanges de BAP ont été élaborés avec des niveaux différents d'ouvrabilité et de thixotropie et ont permis de couler les corps d'épreuve prismatiques. Les essais pour déterminer le lien résiduel et la perméabilité à l'eau ont été réalisés après 7 et 28 jours de cure humide respectivement après la mise en place du béton. L'ouvrabilité a été évaluée à l'aide des essais d'étalement simple, d'étalement au J-ring et du T50. La thixotropie a été mesurée avec le rhéomètre MK-III modifié, le scissomètre et le plan incliné. Le temps d'attente entre la coulée de 2 couches successives se situe entre 0 et 60 minutes. En général, les résultats obtenus montrent que la perte d'ouvrabilité, le niveau de thixotropie et le temps d'attente ont des effets néfastes sur la performance des coulées multicouches avec des BAP, cependant le temps d'attente a un plus grand impact que les 2 autres paramètres. Les problèmes rencontrés dans les coulées multicouches ont plus d'impact sur les propriétés de transport du béton que sur ses propriétés mécaniques. La recommandation de l'ACI citée auparavant n'est pas valide pour tous les types de BAP parce que la durée de la vibration est fonction du temps d'attente entre 2 couches et de la thixotropie ou du niveau d'ouvrabilité du béton. De bonnes corrélations ont été établies entre l'ouvrabilité et la thixotropie. Une amélioration de la qualité de surface est généralement obtenue avec des propriétés rhéologiques contrôlées et un très faible ressuage. Des BAP avec des hauts seuils de cisaillement peuvent conduire à la présence de bulles d'air à la surface du béton durci. Une viscosité plastique faible peut être associée à de la ségrégation surtout lors de la coulée d'éléments profonds. Il est très important de contrôler l'ouvrabilité du béton en fonction du temps car une perte d'ouvrabilité peut provoquer une faible habileté au remplissage et à des défauts de surface. Ces défauts peuvent apparaître suite à l'effet de retardateur du superplastifiant et/ou des températures faibles lors de la coulée. Durant ce temps de prise retardé, le béton peut ségréger ou ressuer, ainsi l'eau interstitielle peut migrer à la surface du moule, où elle peut produire des bulles d'air ou des sillons. La chute libre des mélanges autoplaçants à l'intérieur de murs, colonnes et autres sections profondes peut entraîner de l'air dans le béton. Le déversement vertical du BAP directement sur du béton déjà coulé peut produire un vortex du nouveau béton à l'intérieur de l'ancien, entraînant avec lui une quantité significative d'air qui sera piégée à l'interface. Le programme expérimental s'intéresse également à l'acquisition du savoir, la rédaction de recommandations et la mise au point de modèles reliés à la qualité de surface des BAP. Un programme expérimental a été entrepris à l'Universite de Sherbrooke pour évaluer la qualité de surface et la teinte des BAP. Une nouvelle technique a été développée pour détecter les défauts présents à la surface coffrée comme les bulles d'air ou des traces de ségrégation en utilisant les logiciels AutoCAD et ENVI 4.5. L'essai du Z-test avec différentes orientations des surfaces fut élaboré en considérant plusieurs matériaux de coffrage : contreplaqué, acier, géotextile, plexiglas et un matériau perméable. Le Z-test mesure 1400 mm de hauteur. Son avantage est de pouvoir étudier l'orientation et la nature des coffrages ainsi que la chute libre lors de la coulée. Pour cette étude, 32 mélanges de BAP ont été réalisés avec des propriétés rhéologiques différentes afin de couler des éléments de Z-test et d'étudier l'influence de la rhéologie du matériau sur la qualité de surface du produit fini. Le comportement rhéologique a été défini à l'aide du rhéomètre ICAR. En général, les résultats obtenus montrent que pour avoir une qualité de surface acceptable et une ségrégation et un ressuage faibles, le seuil de cisaillement et la viscosité plastique doivent être maintenus respectivement entre 0-50 Pa et 10-30 Pa.s, et la hauteur de chute libre doit être réduite pour minimiser la taille et le nombre des bulles d'air. De plus, les coffrages perméables sont recommandés pour éliminer complètement les bulles d'air sur les surfaces coffrées et pour annuler toute influence du ressuage sur la qualité de surface des BAP. L'influence des paramètres de formulation sur l'ouvrabilité, la thixotropie et la rhéologie des BAP a également été abordée dans cette étude. Ces paramètres sont E/L en masse, S/A en volume, la teneur en liant, et la valeur initiale de l'étalement.

Une des causes majeures responsables de la perte de performance des ouvrages en béton armé (fissuration excessive, perte de capacité portante) peut être imputée à la corrosion des armatures présentes dans les éléments structuraux. Ce phénomène est susceptible de se développer soit par carbonatation, soit par pénétration des ions chlorures par le béton d'enrobage. C'est alors que des produits de corrosion apparaissent et génèrent des contraintes de traction qui, dès dépassement de la résistance en traction, favorisent l'apparition de fissures. D'un point de vue pratique, dès que les premières fissures sont remarquées à la surface du béton, la corrosion a généralement atteint un stade avancée et des actions de maintenance doivent être envisagées. Cela entraînent d'importants coûts évitables si une prédiction satisfaisante avait pu être réalisée. Cette étude vise à apporter des éléments de réponse à cette problématique. Deux objectifs essentiels sont considérés dans ces travaux de thèse : le premier consiste à proposer des lois de comportement robuste et satisfaisantes permettant de bien décrire le comportement des éléments de structure existants et le second vise à introduire une méthode probabiliste permettant d'actuali ser les paramètres des deux modèles sur la base de l'information disponible sur le terrain. Un cadre constitutif générique couplant élasticité, endommagement isotrope et glissement interne, thermodynamiquement admissible, est pour cela développé. Cette classe de modèles est particularisée au cas de l'interface acier/béton en présence de corrosion et au cas du béton. Ces dernières peuvent être utilisées non seulement sous chargement monotone mais aussi sous chargement cyclique. Les lois proposées permettent de prendre en compte les effets hystérétiques, les déformations permanentes et l'effet unilatéral. En outre, ces dernières ont été validées sur différents cas tests. Des versions multifibres des lois précédemment mentionnées ont également été développées pour offrir à l'ingénieur des modèles simplifiés. Une prise en compte du caractère imparfait de l'interface acier/béton au sein du formalisme multifibre est notamment considérée. L'étape d'identification des paramètres mat ériaux n'est pas toujours aisée à réaliser en raison d'une part des incertitudes qui entachent ces derniers et, d'autre part, de la méconnaissance des mécanismes locaux. Ainsi, une méthodologie probabiliste complète permettant d'actualiser les paramètres d'entrée sur la base d'observations extérieures est proposée. Elle s'appuie sur une utilisation conjointe des réseaux bayésiens et de la théorie de la fiabilité. Elle permet ainsi de réduire l'écart entre la prédiction numérique et les mesures réalisées sur le terrain. Ce travail de thèse devrait contribuer à fournir aux gestionnaires d'ouvrage des outils d'aide à la décision leur permettant de mieux gérer leurs ouvrages en béton armé

La prédiction des déformations différées est d'une très grande importance pour l'étude de la durabilité des structures en béton. En effet, elles peuvent être à l'origine de la fissuration, de pertes de précontrainte, d'une redistribution des contraintes et même, plus rarement, de la ruine de l'ouvrage. L'objectif de cette étude est de mieux comprendre l'interaction entre les déformations de fluage et l'évolution de la fissuration dans le béton. Une investigation expérimentale sur l'évolution des propriétés de rupture de poutres en béton soumises à des hauts niveaux de fluage en flexion a été menée. L'influence du fluage sur la résistance résiduelle et l'énergie de fissuration du béton a été étudiée. En parallèle, la technique d'émission acoustique (EA) a été exploitée afin de suivre l'évolution de l'endommagement. Les résultats montrent une diminution de la zone de microfissuration caractérisant un comportement à la rupture plus fragile pour les poutres ayant subi le fluage. L'EA indique que ceci peut être dû au développement des micro-fissures observées pendant le fluage. L'ensemble de ces résultats conduit à proposer une approche de modélisation à l'échelle mésoscopique couplant un modèle d'endommagement basé sur la théorie des microplans et un modèle de fluage viscoélastique de type Kelvin-Voigt afin de mieux comprendre le processus de fissuration sous fluage. Les calculs du fluage d'échantillons de béton en traction directe et de poutres en flexion trois points ont confirmé la formation de micro-fissures pendant le fluage aux interfaces entre le mortier et les granulats.

Les paramètres de formulation et les conditions de mise en place du béton frais affectent ses propriétés mécaniques et sa durabilité à l’état durci et in extenso la durabilité de l’ouvrage construit. De ce fait, l’ouvrabilité du béton doit être judicieusement choisi selon la géométrie de l’élément à couler et la disposition des armatures. Par exemple, le béton autoplacant (BAP) se met en place sous son propre poids et épouse adéquatement les coffrages sans apport de vibration mécanique. Ainsi le BAP est généralement utilisé pour couler les éléments ayant une géométrie complexe ou difficilement accessible. Le comportement à l’écoulement lors de la mise en place de cette classe de béton peut difficilement être prédit à l’aide des essais empiriques tels que le cône d’Abrams. Par ailleurs, une légère variation des propriétés des constituants peut conduire à un béton avec des faibles performances à l’écoulement. La rhéologie, une branche de la physique qui étudie l’écoulement des fluides, permet une meilleure description des propriétés à l’écoulement des BAP et facilite la compréhension de ce matériau. Le BAP peut être considéré comme une suspension de gros granulats dans un fluide suspendant (mortier). Dans ce cas, des modèles rhéologiques analytiques peuvent être exploités pour prédire les propriétés rhéologiques de ces matériaux et comprendre leur comportement à l’écoulement. Néanmoins, l’applicabilité de ces modèles est fonction de plusieurs paramètres, notamment la nature de la phase suspendante considérée (pâte, mortier de béton équivalent ou mortier), caractéristiques des particules solides, historique de cisaillement de la phase suspendante et de la suspension, etc. Cette recherche exhaustive vise essentiellement à évaluer l’influence de différents paramètres de formulation et d’essais sur les propriétés rhéologiques des BAP afin de comprendre le comportement à l’écoulement de cette classe de béton. Une approche de prédiction des propriétés rhéologiques des BAP simulés par des suspensions diphasiques, c’est-à-dire composés d’une phase suspendante et inclusions solides, est proposée. L’approche diphasique se heurte généralement à la difficulté de définir la phase suspendante. La première phase du programme expérimental est consacrée à une évaluation de l’applicabilité de la méthode de mortier de béton équivalent (MBE) pour prédire les propriétés à l’état frais des BAP. Les résultats obtenus montrent que cette méthode ne fournit pas une bonne corrélation entre les propriétés à l’état frais des BAP et leur MBE. Ceci est dû, en partie, au fait que seule la surface spécifique des gros granulats soit considérée comme critère pour formuler les mélanges de MBE. En effet, les résultats obtenus montrent que le concept de la pâte en excès doit être considéré pour améliorer les relations entre le BAP et son MBE. Ce concept tient compte du volume et de la compacité des gros granulats dans le béton. Bien que l’utilisation de la pâte en excès améliorer l’approche du MBE, mais résulte en des corrélations complexes et difficilement exploitables pour pouvoir appliquer une approche diphasique afin de prédire les propriétés à l’état frais et rhéologiques des BAP en considérant le MBE comme phase suspendante. Pour pallier à cette difficulté, une investigation plus exhaustive de la pâte-mortier/mortier-BAP est nécessaire afin de mieux comprendre la synergie des différents paramètres de formulation et d’identifier la phases suspendante la plus adéquate pour prédire les propriétés du BAP. La deuxième phase de cette étude porte sur l’évaluation de l’effet des caractéristiques des particules solides sur les propriétés rhéologiques des suspensions en exploitant des modèles analytiques, notamment les modèles de Krieger-Dougherty (KD) et de Château-Ovarlez-Trung (COT). Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence l’effet de la forme et de la granulométrie des particules solides sur les paramètres intrinsèques de ces modèles analytiques. De plus, il est montré que ces paramètres intrinsèques sont considérablement affectés par les paramètres de formulation, le protocole de cisaillement et la concentration de la phase suspendante (i.e. rapport Eau/Liant). Par ailleurs, il est montré que le modèle rhéologique (Bingham ou Herschel Bulkley) choisi pour décrire le comportement de la phase suspendante (pâte) et de la suspension (mortier) est un facteur influent sur les propriétés rhéologiques prédites des suspensions. La troisième phase de cette étude vise l’exploitation des modèles analytiques pour prédire les propriétés rhéologiques tout en identifiant une phase suspendante qui représente le plus fidèlement le BAP. Différentes phases suspendantes (mortier) ont été évaluées, notamment le mortier tamisé, mortier type I et le mortier II. Les corrélations entre les propriétés à l’état frais et rhéologiques des BAP et de différents mortiers ont été établies. De plus, l’effet des paramètres de formulation les plus influents sur les corrélations des propriétés rhéologiques entre les différentes phases ainsi que sur les paramètres intrinsèques des modèles de prédiction ont été mis en évidence. Des modèles sont proposés pour prédire les propriétés rhéologiques des mélanges de BAP en considérant le mortier type II comme phase suspendante.

Le projet de recherche présenté dans cette thèse, porte sur la conception et la caractérisation des Bétons Renforcés avec des Fibres et des Poudres (BRFP). Ces renforts (fibres et poudres) utilisés dans le béton, sont issues du recyclage des matériaux composites thermodurcissables (fibre de verre/polyester) hors usage provenant spécialement du secteur automobile (iNoPLAST, France). Dans ce projet de recherche, tous les concepts nécessaires à l'élaboration et l'application des bétons renforcés avec des fibres et des poudres ont été pris en considération. Au total, six mélanges avec différents dosages en fibres et en poudres ont été développés et testés à l'état frais (maniabilité), ainsi que, à l'état durci (essais de traction directe, essais de flexion, essais d'arrachement sur une fibre unitaire et enfin des essais de compression). Un modèle analytique a été proposé par Markovic et appliqué dans cette thèse. Ce modèle développé, basé sur le pontage des fissures par des fibres est appliqué avec succès sur le comportement à la traction du Béton Renforcé avec 11,54% en Fibres et en Poudres. / The project of research presented in this thesis, focuses on the conception and characterization an Fibre and Powder Reinforced Concrete (FPRC). These reinforcements (fibers and Powder) are recycled from thermoset composite parts (polyester matrix/fiber glass) from the automotive sector (iNoPLAST, France). In this research project, all important aspects needed for the development and application of Fibre and Powder Reinforced Concrete have been considered. In total six mixtures, with different types and amounts of fibres and powders were developed and tested in the fresh state (workability) as well as in the hardened state (uniaxial tensile tests, flexural tests, pullout tests of single fibres and compressive tests).An analytical model was proposed by Markovic is applied in this thesis. This model developed, based of the bridging of macrocrack by reinforcement is successfully applied on the behavior of tensile strength with 11,54 % in Fibers and Powders Reinforced Concrete.

Ce projet évalue une approche pronostique de la réaction alcalis-silice (RAS), basée sur la réactivité résiduelle du granulat récupéré du béton d'un barrage, afin d'évaluer le potentiel résiduel d'expansion de la RAS. Ainsi, des essais d'expansion accélérés ont été réalisés sur des éprouvettes de mortier préparées avec des granulats fins obtenus par broyage des granulats d'origine en conditions d'immersion dans une solution de NaOH 1M. Les conditions expérimentales ont été optimisées selon 4 calibres granulaires de matériel réactif et 3 dimensions d'éprouvettes de mortier. En parallèle, des carottes de béton du barrage ont été désagrégées par trempage dans une solution de Na₂SO₄ concentrée à 25 % massique, combiné à un cyclage thermique (16 heures à 4°C et 8 heures à 60°C) pour récupérer les granulats. Plus de 90 % du matériel initial a été récupéré après conditionnement. Finalement, des éprouvettes de mortier ont été fabriquées à partir des granulats récupérés et selon les conditions optimisées. La cinétique de la consommation de la silice réactive de ces dernières sera comparée avec celle d'un granulat similaire à celui retrouvé dans le béton du barrage, mais n'ayant jamais été exposé à la RAS. Simultanément, le bilan de la concentration en alcalis disponibles pour la RAS dans le béton du barrage a été étudié. L'extraction de la solution interstitielle sous haute pression du béton du barrage a permis de mesurer des concentrations supérieures au bilan théorique en alcalis d'environ 1,3 kg de Na₂O([indice] eq)/m³ de béton. Afin d'expliquer cet apport d'alcalis au béton du barrage, le potentiel de relâchement d'ions alcalis des granulats a été évalué. Des analyses chimiques, des examens pétrographiques et les méthodes RILEM ACS-AAR-8 et IFSTTAR XP P 18-544 ont permis de déterminer que le potentiel de relâchement d'ions alcalis du gros granulat est négligeable. Le granulat fin a possiblement contribué à relâcher des alcalis dans la pâte de ciment, mais faute de matériel, le potentiel de relâchement de ce dernier n'a pas pu être confirmé. / This project evaluates a prognosis approach of the alkali-silica reaction (ASR), based on the residual reactivity of aggregates recovered from a concrete dam, to evaluate ASR’s residual expansion potential. Thus, accelerated expansion tests in immersion conditions of NaOH 1N solution were carried out on mortar specimens containing fine aggregates obtained by crushing of the original aggregate. The experimental conditions were optimized according to 4 granular classes of reactive material and 3 dimensions of mortar specimens. Meanwhile, concrete cores from the dam were disaggregated by immersion in a solution of Na₂SO₄ [25 % by mass] combined with thermal cycling (16 hours at 4°C and 8 hours at 60°C) to recover the aggregates. More than 90 % of the original material was recovered after conditioning. Mortar samples were made using the aggregates recovered and were exposed to optimized conditions. The kinetics of the reactive silica consumption of the latter will be compared to a similar aggregate, but never exposed to ASR. At the same time, the assessment of the available alkali concentration for ASR in the dam’s concrete was studied. High pressure extraction of the pore solution from the concrete allowed to measure concentrations higher than the theoretical alkali balance of about 1.3 kg of Na₂O([subscript] eq)/m³ of concrete. To explain this contribution of alkalis to the concrete, the alkali ion release potential of the aggregates was evaluated. Chemical analyzes, petrographic examinations and the RILEM ACSAAR- 8 and IFSTTAR XP P 18-544 methods have determined that the potential for alkali ion release from the coarse aggregate is negligible. The fine aggregate possibly contributed to the release of alkalis in the cement paste, but due to lack of material, the release potential of the latter could not be confirmed.

Depuis la première certification de lancier de béton projeté tenue par l’American Concrete Institute (ACI) au printemps 2001, ce programme de certification gagne continuellement en popularité. La certification des lanciers consiste à s’assurer que les lanciers sont en mesure de manipuler les équipements de projection de façon sécuritaire et d’appliquer le béton projeté de façon adéquate. Une partie importante de la certification consiste à évaluer l’enrobage des aciers d’armature sur des carottes prélevées d’un panneau rempli de béton projeté par le lancier. L’enrobage est jugé adéquat, ou non, par un évaluateur reconnu de l’ACI, selon une évaluation qualitative basée sur des paramètres reliés à la présence de vides ou de défauts derrière les barres d’armature. Toutefois, il existe peu d’information objective sur l’effet de la qualité d’enrobage. Ce mémoire présente des résultats expérimentaux portant sur l’évaluation des effets des défauts d’enrobage sur la durabilité et les propriétés structurales d’un ouvrage en béton projeté. Plus particulièrement, l’effet des défauts d’enrobage sur l’initiation de la corrosion des barres d’aciers d’armature et sur les propriétés d’adhérence de l’acier d’armature dans le béton est évalué. La consistance de projection (quantité d’eau ajoutée à la lance), l’épaisseur de recouvrement, les types de défaut créés derrière la barre par une mauvaise projection ont une importance majeure sur les propriétés d’un ouvrage en béton projeté. / Since the first shotcrete nozzleman certification held by the American Concrete Institute (ACI) in the spring of 2001, the program has continuously grown in popularity. The nozzleman certification consists of making sure that the nozzle operator are capable of operating shotcrete equipments and apply shotcrete in a safe and effective manner. A significant part of the certification program consists of evaluating the rebar encasement on specific core extracts from shotcrete panels. Encasement is considered adequate or not by an examiner accredited by the ACI, according to a qualitative evaluation based on established parameters such as the presence of voids or defaults behind bars. However, there is a limited amount of objective information available to determine what is acceptable or not as for the quality of an encasement. This document presents experimental results relating to the evaluation of the effects of defects on durability and structural properties of a shotcrete application. More particularly, the effect of a poor quality encapsulation on the initiation of corrosion of reinforcing bars and on the properties of the bond between reinforcing steel and shotcrete are visited. The shotcrete’s consistency (amount of water added at the lance), the concrete cover thickness, the types of defects created behind the bar by a poor workmanship have a major importance on the properties of a shotcrete work.

Cette étude porte sur le comportement au cisaillement des poutres en béton léger fibré et renforcées par des barres de polymère renforcé de fibres de basalte (PRFB). Dix poutres (150x250x2400 mm) coulées avec du béton fibré ou non-fibré ont été testées en flexion. Deux poutres ont été coulées sans fibres (poutres contrôles) tandis que les huit autres poutres ont été coulées avec du béton contenant des différents types et pourcentages de fibres. Les paramètres étudiés comprenaient le type de fibres ajoutés au béton (fibres de basalte, de polypropylène et d’acier), la fraction volumique des fibres (0, 0,5 et 1,0%) et les taux de renforcement des barres de PRFB (0,95 et 1,37%). Une comparaison entre les résultats expérimentaux et les modèles analytiques actuellement disponibles dans la littérature a été réalisée pour évaluer l'applicabilité de tels modèles pour prévoir la capacité des poutres testées en cisaillement. Les résultats de la présente étude indiquent que la géométrie des fibres joue un rôle important dans l'augmentation du nombre de fissures que celles observées dans les poutres contrôles. L'ajout de fibres a entraîné une défaillance plus ductile et le taux d'ouverture des fissures était retardé. La largeur de la fissure a diminué avec l'augmentation des ratios de renforcement longitudinal et des fractions volumiques des fibres. L'augmentation du taux de renforcement longitudinal a entraîné une rigidité plus élevée et a diminué les flèches à tous les stades du chargement. Les poutres coulées avec 1% de fibres de basalte, de polypropylène et d'acier ont montré une augmentation dans leurs capacités de cisaillement par rapport aux poutres contrôles d'environ 11, 16 et 63%, respectivement. Le type de fibres affectait de manière significative le gain dans les capacités de cisaillement des poutres, ce qui était attribué aux différentes propriétés physiques et mécaniques des fibres utilisées, telles que leurs dimensions, leurs géométries, et leurs mécanismes de liaison avec le béton. Les poutres coulées avec des fibres en acier à 0,5% présentaient des capacités de cisaillement plus élevées que celles coulées avec des fibres de basalte et de polypropylène de 23 et 16% respectivement, alors que les poutres coulées avec des fibres en acier à 1% de volume présentaient un gain de 47 et 41%, respectivement, dans leurs capacités. Les capacités de cisaillement prévues selon les équations de la norme CSA-S806-12 étaient conservatrices avec un rapport moyen Vprév/Vexp de 0,80 (écart type, ÉT = 0,12) pour les poutres sans fibres. Les modèles établis par Shin (1994) et Gopinath (2016) ont fourni de bonnes prévisions quant aux capacités de cisaillement des poutres en béton renforcé de fibres de basalte avec des ratios moyens Vprév/Vexp de 1,34 (ÉT = 0,09) et de 1,35 (ÉT = 0,07), respectivement. De même, le modèle de Shin (1994) a bien prédit les capacités de cisaillement des poutres en béton armé de fibres de polypropylène avec un rapport Vprév/Vexp de 1,34 (ÉT = 0,18). Les modèles de Gopinath (2016), Ashour A (1992) et Shin (1994) ont prédit les capacités de cisaillement des poutres en béton armé de fibres d'acier assez raisonnablement avec des ratio Vprév/Vexp de 1,01 (ÉT = 0,06), 1,07 (ÉT = 0,01) et 1,20 (ÉT = 0,08), respectivement. Un nouveau modèle a été proposé pour prédire les capacités de cisaillement des poutres en béton léger fibré renforcées par des barres longitudinales PRFB. Le modèle proposé prédit bien les capacités de cisaillement des poutres en béton léger (avec des fibres de basalte) avec un rapport Vprév/Vexp de 1,01 (ÉT = 0,05) et celles des poutres en béton léger (avec des fibres de polypropylène) avec un rapport Vprév/Vexp de 0,99 (ÉT = 0,06). Le facteur de liaison et la matrice de liaison d'interface utilisés étaient respectivement 0,75 et 4,18 MPa. En même temps, le modèle proposé prédit bien les capacités de cisaillement des poutres coulées avec des fibres d’acier avec un rapport Vprév/Vexp de 0,9 (ÉT = 0,00) quand le facteur de liaison et la matrice de liaison d'interface utilisés étaient respectivement 1,0 et 6,8 MPa. / This study reports on the shear behavior of fiber-reinforced lightweight concrete (FRLWC) beams reinforced with basalt fiber-reinforced polymer (BFRP) bars. Ten beams (150x250x2400 mm) cast with concrete with and without fibers were tested under fourpoint loading configuration until failure occurred. Two beams were cast without fibers and acted as control while the other eight beams were cast with different types and percentages of fiber. The investigated parameters included the fiber type (basalt, polypropylene, and steel fibers), the fibers volume fraction (0, 0.5, and 1.0%), and the beams’ reinforcement ratios (0.95 and 1.37%). Comparison between the experimental results and the analytical models currently available in the literature was performed to assess the applicability of such models for LWC reinforced with BFRP bars. Based on the outcome of the current study, the geometry of fibers played an important role in increasing the number of cracks than those observed in the control beams. The addition of fibers led to a more ductile failure and the rate of crack opening was delayed. Crack width decreased with the increase of the longitudinal reinforcement ratios and the fibers’ volume fractions. Increasing the reinforcement ratio resulted in higher stiffness and decreased its deflection at all stages of loading. Beams cast with 1% of basalt, polypropylene, and steel fibers showed an increase in their shear capacities in compared to control beams about 11, 16, and 63%, respectively. The type of fibers significantly affected the gain in the shear capacities of the beams, which can be attributed to the different physical and mechanical properties of the fibers used such as aspect ratios, lengths, geometries, densities, and their bonding mechanisms. Beams cast with 0.5% steel fibers exhibited higher shear capacities than those cast with basalt and polypropylene fibers by 23 and 16%, respectively, whereas the beams cast with 1% steel fibers showed a gain by 47 and 41%, respectively. The predicted shear capacities according to CSA-S806-12 code provisions were conservative with an average ratio Vpred /Vexp of 0.80 (standard deviation, SD = 0.12) for beams without fibers. Good predictions for the shear capacities of the basalt-fiber reinforced concrete beams (BLWC) were provided by the models derived by Shin (1994) and Gopinath (2016) in which the ratios Vpred /Vexp were 1.34 (SD = 0.09) and 1.35 (SD = 0.07), respectively. Also, the model of Shin (1994) predicted well the shear capacities of the polypropylene-fiber reinforced concrete beams (PLWC) with a Vpred /Vexp ratio of 1.34 and SD of 0.18. The models of Gopinath (2016), Ashour A (1992), and Shin (1994) predicted the shear capacities of steel-fiber reinforced concrete beams (SLWC) fairly reasonable with a Vpred /Vexp ratio of 1.01 (SD = 0.06), 1.07 (SD = 0.01) and 1.20 (SD = 0.08), respectively. A new model was proposed to predict the shear capacities of FRWLC beams reinforced with BFRP longitudinal bars. The proposed model predicted well the shear capacities of BLWC beams with a Vpred /Vexp ratio of 1.01 (SD = 0.05) and those of PLWC beams with a Vpred /Vexp ratio of 0.99 (SD = 0.06). The bond factor and the interface bond matrix used were 0.75 and 4.18 MPa, respectively. The proposed model also predicted well the shear capacities of beams cast with SLWC with a Vpred /Vexp ratio of 0.9 when the bond factor and the interface bond matrix were taken equal to 1.00 and 6.8 MPa, respectively.

Cette étude évalue à la fois expérimentalement et numériquement le comportement en flexion des dalles de béton renforcées avec des barres en PRF de basalte avec et sans fibres de basalte. Les paramètres étudiés comprenaient les dosages des fibres de basalte utilisés dans le mélange de béton et les ratios du renforcement longitudinale dans les poutres. Tout d'abord, l'effet de différents dosages des fibres sur les propriétés mécaniques du béton a été évalué. Cela a été suivi par des essais de flexion qui ont été menés sur huit dalles à grande échelle chargées en quatre points. Des modèles numériques en éléments finis (ÉF) ont été élaborés à l'aide du logiciel ATENA® pour prédire le comportement en flexion des spécimens testés. Pour les résultats expérimentaux, l'augmentation du dosage des fibres de basalte a amélioré la résistance à la compression et le module de rupture du béton. Les dalles avec des dosages plus élevés de fibres ont montré une augmentation du nombre de fissures et une augmentation de leurs capacités ultimes. L'augmentation du dosage des fibres conduisait à une diminution de la ductilité des dalles testées. Cependant, toutes les dalles présentaient des indices de ductilité supérieurs à la valeur minimale exigée par la norme CAN/CSA-S6-06. Le ratio de renforcement longitudinal a eu un léger effet sur la charge de fissuration. Cependant, il contrôlait les flèches des dalles testées. Ces résultats étaient en accord avec les résultats rapportés dans la littérature pour les dalles renforcées de barres d'acier et fabriquées en béton renforcé de fibres d'acier. Un très bon accord entre les valeurs numériques et les résultats expérimentaux était obtenu. Les modèles ÉF simulaient bien le comportement en flexion des dalles en termes de charges de fissuration, des capacités, des flèches, et des configurations de fissure. Le modèle d'engagement variable a réussi à simuler le comportement du béton renforcé avec des fibres de basalte. Compte tenu du fait que ce modèle a été initialement développé pour les mélanges de béton renforcé avec des fibres d’acier, on pourrait déduire que les bétons fibrés de basalte ont un comportement comparable à celui des bétons fibrés d’acier. / This study assesses both experimentally and numerically the flexural behaviour of concrete slabs reinforced with basalt-fiber reinforced polymer (BFRP) bars cast with and without basalt fiber-reinforced concrete (BFRC). The parameters investigated included the volume fractions of the basalt fibers used in the concrete mix and the ratios of the longitudinal tensile reinforcement in the beams. First, the effect of different fiber volume fractions on the mechanical properties of concrete was assessed. This was followed by flexural tests that were conducted on eight large-scale slabs under four-point load configuration. A finite element model (FEM) was developed using ATENA® to simulate the flexural behaviour of the tested specimens. Based on the experimental results, increasing the fiber volume fraction enhanced the compressive strength and modulus of rupture of concrete. Slabs with higher dosages of fibers showed increased number of cracks and an increase in their cracking and ultimate capacities. Increasing the fiber content led to decreased ductility in the tested slabs. However, all slabs showed a ductility index that exceeded the minimum value stated by CAN/CSA-S6-06. The longitudinal reinforcement ratio had a slight effect on the cracking load. However, it governed the deflection of the tested slabs. These results were in agreement with the test results reported in the literature for slabs reinforced with steel bars and cast with conventional steel fiber-reinforced concrete (SFRC). A very good agreement between the numerical and the experimental results was obtained. The FEM predicted well the flexural behaviour of the slabs in terms of cracking loads, load-carrying capacities, deflections, and crack pattern. The Variable Engagement Model (VEM) successfully captured the behavior of the BFRC. Considering the fact that the model was initially developed for SFRC mixes, it could be concluded that BFRC has a comparable behavior to SFRC.