Les barrages-poids en béton sont des structures essentielles afin de régulariser les apports en eau potable, la gestion des bassins hydrologiques et la génération d'électricité. Par contre, la plupart des barrages-poids, au Québec, ont été conçus et construits au cours du dernier siècle avec des méthodes d'analyse et des forces sismiques qui sont jugées inadéquates aujourd'hui. En effet, au cours des dernières décennies, les connaissances en sismologie, en dynamique des structures et en génie parasismique ont grandement évolué, rendant nécessaire la réévaluation des barrages existants afin d'assurer la sécurité du public. Actuellement, des méthodes déterministes, utilisant des facteurs de sécurité, sont utilisées pour évaluer la sécurité des barrages. Cependant, étant donné le caractère aléatoire des sollicitations sismiques et des incertitudes sur les matériaux et propriétés d'un barrage, les méthodes probabilistes se révèlent plus adaptées et deviennent de plus en plus populaires. L'une de ces méthodes est l'utilisation de courbes de fragilité. Ces courbes sont des fonctions permettant de représenter la probabilité d'endommagement ou de rupture d'une structure pour toute une gamme de chargement. Ce projet de recherche présente donc le développement de courbes de fragilité pour évaluer la vulnérabilité sismique de barrage-poids en béton. La méthodologie est appliquée à un barrage spécifique, le barrage-poids aux Outardes-3, le plus grand barrage-poids en béton au Québec. La méthode des éléments finis est utilisée pour modéliser ce barrage et prendre en compte les différentes interactions entre le barrage, le réservoir et la fondation. De plus, des résultats d'essais dynamiques in situ sont utilisés pour calibrer le modèle numérique. Les courbes de fragilité sont ensuite générées à l'aide d'analyses dynamiques temporelles non linéaires afin d'évaluer deux états limites d'endommagement : le glissement à la base du barrage et le glissement aux joints de reprise dans le barrage. Les incertitudes associées aux paramètres de modélisation et à la sollicitation sismique sont incluses dans l'analyse de fragilité et ces sources d'incertitudes sont propagées à l'aide d'une méthode d'échantillonnage. Une étude de sensibilité est également réalisée afin de déterminer les paramètres de modélisation ayant une influence significative sur la réponse sismique du système. L'incertitude associée à la variation spatiale des propriétés du barrage est également prise en compte et est modélisée à l'aide de champs aléatoires ; cette source d'incertitude peut s'avérer importante pour des ouvrages de grandes dimensions comme les barrages. Les résultats montrent que la variation spatiale des propriétés du barrage a un impact minime sur la fragilité du barrage aux Outardes-3 et qu'elle pourrait être négligée. Malgré tout, la méthodologie mise en place pour développer des courbes de fragilité applicables aux barrages-poids est efficace, pratique et donne d'excellents résultats. Par surcroît, un des grands avantages des courbes de fragilité est qu'elles permettent d'obtenir des informations quantitatives sur la vulnérabilité d'un barrage au contraire des méthodes déterministes actuelles.

Au cours des dernières années, la détérioration des structures en béton armé a pris une ampleur sans précédent, et ce, malgré le fait que leur durée de vie en service initialement prévue est loin d'être atteinte. La corrosion de l'armature d'acier est un des principaux facteurs réduisant la durée de vie des ponts en béton armé d'acier. Par ailleurs, l'armature en matériaux composites de polymères renforcés de fibres (PRF) constitue une solution à l'armature métallique afin de pallier au problème de la corrosion d'acier et à la détérioration des structures en béton armé. Aussi, les barres d'armature en matériaux composites de PRF possèdent une résistance en traction élevée (environ 2 à 6 fois la limite élastique de l'acier d'armature conventionnel), ce qui leur permet de constituer un renforcement structural attrayant pour les structures en béton. Le comportement d'éléments structuraux en béton armé de barres en PRF est différent de ceux en béton armé de barres d'acier. En effet, les barres en PRF possèdent un module d'élasticité relativement plus faible que celui de l'acier et ont des propriétés d'adhérence différentes de celles des barres d'acier. L'utilisation des barres d'armature en PRF pour armer les dalles de tabliers de ponts se concrétise de plus en plus avec l'avancement des recherches dans ce domaine. La recherche entamée dans le cadre de cette thèse s'inscrit dans un programme de travaux réalisés au sein de la Chaire de recherche CRSNG/Industrie sur les Matériaux composites novateurs en PRF pour les infrastructures au département de génie civil à l'Université de Sherbrooke. Le comportement de membrures en béton armé de PRF soumis à des sollicitations mécaniques constitue un des principaux axes de recherche. Dans le cadre de cette thèse, une série d'essais a été effectuée sur huit dalles de ponts à confinement interne à grande échelle. Les paramètres des essais comprennent: (1) l'épaisseur de la dalle, (2) le type et le taux d'armature transversale de l'assemblage inférieur, (3) la résistance en compression du béton, et (4) le taux d'armature dans les autres directions (armatures transversale et longitudinale de l'assemblage supérieur et l'armature longitudinale de l'assemblage inférieur). Lors des essais de chargement, les dalles ont été supportées par deux poutrelles métalliques espacées de 2000 mm centre à centre et soumises à une charge statique concentrée sur une aire de contact de 600 mm x 250 mm afin de simuler une charge de camion (87,5 kN-CL-625) et ce conformément au code Canadien sur le calcul des ponts routiers [CAN/CSA-S6-06]. Aussi, une analyse numérique du comportement des dalles testées sous charges est faite à l'aide d'un logiciel d'éléments finis ADINA version 8.2. Les essais ont montré que toutes les dalles testées ont rompu par poinçonnement, peu importe le paramètre étudié. Aussi, une épaisseur de dalle de 175 mm répond aux exigences du Canadien sur le calcul des ponts routiers [CAN/CSA-S6-06]. Par ailleurs, les résultats ont montré que la résistance en compression du béton est un paramètre qui influe sur la déflexion, les déformations dans les barres et l'ouverture de fissures. Enfin, les résultats des analyses numériques effectuées corroborent avec ceux obtenus expérimentalement.

In order to produce economical seismic designs, the modern building codes allow reducing seismic design forces if the seismic force resisting system (SFRS) of a building is designed to develop an identified mechanism of inelastic lateral response. The capacity design aims to ensure that the inelastic mechanism develops as intended and no undesirable failure modes occur. Since the 1984 edition, this design approach is implemented in the Canadian Standards Association (CSA) standard A23.3 for seismic design of ductile reinforced concrete (RC) shear walls with the objectives of providing sufficient flexural and shear strength to confine the mechanism to the identified plastic hinges and ensure a flexure-governed inelastic lateral response of the walls. For a single regular wall, the implemented capacity design requirements assume a lateral deformation of the wall in its fundamental lateral mode of vibration, and hence aim to constrain the inelastic mechanism at the expected base plastic hinge. This design is referred to as single plastic-hinge (SPH) design. Despite these requirements, CSA standard A23.3 did not prescribe, prior to the 2004 edition, any methods for determining capacity design envelopes for flexural and shear strength design of ductile RC shear walls over their height. Only its Commentary recommended such methods. However, various studies suggested, mainly for cantilever walls, that the application of these methods could result in multistorey wall designs experiencing the formation of unintended plastic hinges at the upper storeys and a high potential of undesirable shear failure, principally at the wall base, jeopardizing the intended ductile flexural response of the wall. These design issues result from an underestimation of dynamic amplification due to lateral modes of vibration higher than the fundamental lateral mode. The 2004 CSA standard A23.3 now prescribes capacity design methods intending in part to address these design issues. Although these methods have not been assessed yet, their formulation appears deficient in accounting for the higher mode amplification effects. In this regard, this research project proposes for CSA standard A23.3 new capacity design methods, considering these effects, for a SPH design of regular ductile RC cantilever walls used as SFRS for multistorey buildings. In order to achieve this objective, first a seismic performance assessment of a realistic ductile shear wall system designed according to the 2004 CSA standard A23.3 is carried out to assess the prescribed capacity design methods. Secondly, an extensive parametric study based on sophisticated inelastic dynamic simulations is conducted to investigate the influence of various parameters on the higher mode amplification effects, and hence on the seismic force demand, in regular ductile RC cantilever walls designed with the 2004 CSA standard A23.3. Thirdly, a review of various capacity design methods proposed in the current literature and recommended by design codes for a SPH design is performed. From the outcomes of this review and the parametric study, new capacity design methods are proposed and a discussion on the limitations of these methods and on their applicability to various wall systems is presented.

Résumé : L’utilisation des barres en matériaux composites de polymère renforcé de fibres (PRF) comme armatures principales dans les structures en béton est devenue un axe d’intérêt pour les constructeurs des ouvrages vue de leurs caractéristiques mécaniques importantes et leur résistance chimique élevée, particulièrement, la résistance à la corrosion. L’utilisation des barres en PRF se trouve ainsi comme une solution efficace aux problèmes de durabilité des structures en béton armé traditionnelles. Néanmoins, le comportement thermique est le principal inconvénient de ces barres, dû à la différence importante entre le coefficient d'expansion thermique transversal des barres de PRF et celui du béton durci. Cette différence, entre les propriétés thermiques de ces deux matériaux, provoque une pression radiale à l’interface Barre/Béton. Cette pression engendre des contraintes thermiques circonférentielles de traction dans le béton enrobant la barre en PRF sous une augmentation de température. Lorsque ces contraintes atteignent la résistance à la traction du béton (ft), des fissures radiales se produisent causant une perte d’adhérence entre la barre et l’enrobage de béton et, éventuellement, la rupture du béton d’enrobage si le confinement du béton n'est pas suffisant. Plusieurs études expérimentales et analytiques ont été faites pour caractériser les propriétés et le comportement des éléments en béton armé de barres en PRF sous l'effet indépendant de la charge thermique et mécanique. Tandis que, pas autant de recherches n’ont été effectuées en tenant compte des charges de service réelles des structures, telles que les charges mécaniques appliquées simultanément avec une variation thermique de -30°C à + 60 °C. Cette température représente généralement la variation climatique de la température sur la terre. L’objectif de ce projet est de réaliser une étude expérimentale et analytique afin d’étudier le comportement thermique et flexionnel des dalles en béton armé de barres en PRF sous les effets combinés des charges thermique et mécanique. La charge mécanique appliquée représente 20% de la résistance ultime flexionnelle des dalles. La température a été variée de -30°C à + 60 °C, de plus, 30 cycles gel/dégel ont été appliquées. A la fin des cycles thermiques toutes les dalles ont été soumises à l’essai de flexion en quatre points jusqu’à la rupture des dalles. L’étude analytique consiste à établir un modèle analytique permettant de calculer les déformations thermiques transversales à l’interface Barre/Béton. Le modèle proposé donne des valeurs de déformations en bon accord avec les résultats expérimentaux. Les résultats de cette étude nous permettent de conclure que l’utilisation des barres de PRFV comme armatures principales des dalles en béton pour les structures implantées dans les régions caractérisées par des conditions climatiques rudes n’influe pas sur la serviabilité de ces structures. // Abstract : The use of composite material of fiber reinforced polymer (FRP) bars as main reinforcement of concrete became an attractive solution idea for buildings constructors, due to its highmechanical performance, and its high chemical resistance, particularly, corrosion resistance. This make the FRP bars an alternative solution of durability problems of traditional reinforced concrete structures. However, the thermal behaviour is the main drawback of the FRP bars, due to the important difference between the transverse coefficient of thermal expansion of FRP bars and that of the hardened concrete. This difference involves a radial pressure generated at the FRP bar/concrete interface. This pressure produces a tensile circumferential thermal stresses within a concrete cover. When these stresses reach a concrete tensile strength (fct) a radial cracks occur producing the loss of the bond between GFRP bar and the surrounding concrete, and eventually, failure of the concrete cover if the confining action of concrete is not sufficient. Several experimental and analytical investigations have been carried out to characterize the properties and behavior of FRP materials under the independent effect of thermal and mechanical loads. However, no studies was carried out to investigate the effect of the actual service conditions, as the application of a sustained load combined with a temperature varied from -30°C to +60°C which represents, generally, a temperature variation in the globe. The aim of this project is to establish an experimental and analytical study to investigate the thermal and flexural behaviour of FRP bars-reinforced concrete slabs under combined thermal and mechanical loads. The mechanical applied load represents 20% of the flexural ultimate load of slabs. The temperature was varied from -30 to +60 °C, and 30 freeze/thaw cycles. At the end of thermal cycles, all slabs were subjected to four-points bending test up to failure of slabs. The analytical study consist to establish an analytical model allow to evaluate the transverse thermal strains at the interface bar/concrete. The proposed model is in good correlation with experimental results. From this study it can be conclude that the use of GFRP bars as a principal reinforcement for concrete slabs subjected to harsh environmental conditions has no big influence on the flexural behaviour of these slabs.

Résumé : Le climat local, le transport avec l’agitation entre l’endroit de bétonnage et le site de fabrication du béton influencent fortement les propriétés du béton frais et durci. Selon les particularités du béton autoplaçant (BAP), le maintien de l’homogénéité et l’ouvrabilité du BAP avant la mise en place est très important. Les propriétés des BAP sont généralement plus sensibles à la température et au transport par rapport à celles des bétons conventionnels. Une meilleure compréhension de l’effet de la température et de l’agitation sur la performance des BAP est nécessaire pour prévoir les conséquences du changement du climat (température) et de l’effet du transport (temps et vitesse d’agitation), puis pour donner des précautions à suivre afin de répondre à la demande des BAP pour un bon rapport performance-coût. De manière pragmatique, il s’avère nécessaire d’utiliser la méthode du mortier de béton équivalent (MBE) afin d’analyser rapidement les influences de la température et de l’agitation sur les propriétés rhéologiques, calorimétriques et mécaniques des BAP. Cinq températures (8, 15, 22, 29 et 36°C) et deux vitesses d’agitation (6 et 18 tr/min) ont été étudiées sur les MBE. Ensuite, quelques compositions spécifiques (type d’adjuvant et ajout cimentaire) ont choisies afin de vérifier avec des températures compasse entre 8 à 36°C et les agitations différentes (2 et 6 tr/min) sur les BAP destinés aux travaux de bâtiment (BAP-B) sans agent entraîneur d’air et sur des bétons semi-autoplaçant destinés aux travaux d’infrastructures (BSAP-I) avec agent entraîneur d’air. La fluidité initiale des MBE et BAP a été fixée en faisant varier la demande en SP, la température et l’agitation. Les résultats montrent qu’il y a un effet important de la température et de l’agitation sur l’efficacité des adjuvants, la fluidité, la teneur en air, les propriétés rhéologiques, calorimétriques et mécaniques des MBE et des BAP. Pour prévoir la performance de MBE à différentes températures, une équation mathématique est proposée pour déduire la demande en SP, la demande en AEA, le flux maximal et la résistance en compression à 1 jour en fonction des mêmes propriétés sur MBE à 22°C et de la température. Enfin, une corrélation linéaire a été trouvée entre les MBE et les BAP sur ces mêmes propriétés. / Abstract : The local climate, the transport of agitated concrete after manufacturing but before being cast strongly influence the properties of the fresh and hard concrete. It’s important to keep the stability and workability of the self-consolidating concrete (SCC) because of its special characteristics. Compare to the normal concrete, the properties of SCC are generally more sensitive to the temperature and the transport. Therefore it’s necessary to understand the effects of the temperature and the agitation on the performance of the SCC in order to predict the consequences of climate change (temperature) and transport (time and speed of agitation), and then to give the better precautions with a good performance-cost report. In this study, the concrete mortar equivalent (CEM) method is used to quickly analyze the influences of the temperature and the agitation on the rheological, calorimetric and mechanical properties of the SCCs. Five temperatures (8, 15, 22, 29 and 36°C) and two agitation speed (6 and 18 tr/min) are varied in CEMs. And then, some compositions (type of adjuvant and supplementary cementing material) are chosen to be valued with the temperature (8-36°C) and the agitation (2 and 6 tr/min) in SCCs for the building without air-entraining admixture (AEA) and semi-flowable SCC for infrastructure with AEA. The initial slump flow of CEM and SCC is fixed, but the demand superplasticizer, the temperature and the agitation were varied. The results show that there are the effects of temperature and agitation on the effectiveness of admixture, the slump flow, the air content, the rheological, calorimetric and mechanical properties of CEM and SCC. A mathematical equation is proposed to predict the performance of SCC at different temperatures for the SP and AEA requirement, the maximum of heat flow and the compressive strength at one day by these same properties of SCC at 22°C and by the temperature. Finally, a good linear correlation is found between CEM and SCC for these properties.

Le béton de chanvre est obtenu par le mélange d'un granulat végétal, constitué de bois de chanvre, et d'un liant. Il confère au mur de bonnes propriétés d'isolation thermique et acoustique, ainsi qu'une régulation de l'humidité. Cependant, des problèmes de non-prise, qui semblent fortement liés aux transferts d'eau dans le béton au cours des premières heures, peuvent parfois se produire. La RMN permet de quantifier l'eau dans le chanvre et dans le liant et donc de décrire et comprendre les transferts au cours de la prise. Nous montrons d'abord que, dans le liant constitué d'un mélange de chaux hydraté et de ciment, la chaux accélère la prise du ciment. Cette prise est d'autant plus inhibée que la quantité de chanvre au contact du ciment est importante. Nous montrons également que l'absorption d'eau par le granulat de chanvre s'étale sur trois jours, et qu'elle se produit en deux phases successives correspondant à l'imprégnation de deux zones du chanvre. L'étude des transferts dans le béton pendant la prise révèle une absorption d'eau rapide par le chanvre initialement, puis un transfert vers le liant. L'étude d'un béton de chanvre "modèle" nous permet d'associer ce transfert au retrait chimique du ciment au cours de la prise / Hemp concrete results from the mix of a vegetal aggregate (hemp shives) and a binder. It provides thermal and acoustic insulation to the wall, as well as a good moisture regulation. However, problems sometimes occur during setting, that seem strongly linked to transfers of water in the concrete in the first hours. NMR allows to quantify water in hemp and in the binder and thus to describe and understand the transfers during setting. We first show that, in the binder consisting of a mixture of hydrated lime and cement, lime accelerates cement hydration. This hydration is inhibited as the amount of hemp in contact with the cement increases. We also show that the absorption of water by hemp shives is takes place during three days, and it occurs in two successive phases corresponding to two areas of hemp that imbibe. The study of transfers in the concrete during the setting shows a rapid water absorption by the hemp initially, followed by a transfer to the binder. The study of a "model" hemp concrete allows us to associate this transfer to the chemical shrinkage of cement during hydration

La Réaction Sulfatique Interne (RSI) est une pathologie endogène qui peut toucher les matériaux cimentaires ayant été exposés à des températures supérieures à environ 65°C. Elle est causée par une formation tardive de l'ettringite dans le matériau durci, induisant le développement de pressions de cristallisation et de gonflements importants. Au jeune âge, l'élévation de température peut être due soit à l'exothermie de l'hydratation du ciment, en particulier au cœur des pièces massives, soit à la préfabrication où un échauffement est appliqué au matériau au jeune âge pour accélérer la prise et permettre un décoffrage plus rapide. L'élévation de température sur un béton durci (incendie, stockage de déchets radioactifs, structures stratégiques) représente un autre cas potentiel de développement des expansions induites par la RSI. Lors du développement de cette réaction, on observe la formation de fissures et une dégradation des performances mécaniques nuisant à la capacité portante et aux fonctionnalités en service des structures touchées par cette pathologie. L'objectif de cette recherche est de préciser et quantifier la relation entre l'histoire thermique subie (au jeune âge ou sur béton mature) et la courbe caractérisant le gonflement libre en fonction du temps (potentiel et cinétique de gonflement) afin de compléter les recommandations de prévention (basées le plus souvent sur la limitation de l'élévation de température) et de réparation des structures atteintes de cette pathologie et d'améliorer la prévision de l'état d'une structure endommagée dans le cadre d'un diagnostic. Pour les outils de calcul, tel le module RGIB du code CESAR, qui permettent de recalculer les structures atteintes de cette pathologie, la présente recherche a pour but de valider, améliorer ou élaborer la loi de couplage donnant l'expansion induite par la RSI en fonction de l'histoire thermique, au jeune âge ou lors d'échauffements tardifs. Le programme expérimental s'est focalisé sur la compréhension de l'effet de l'histoire thermique (température et durée d'échauffement) au jeune âge sur le développement des expansions, en étoffant la base de données permettant de valider les modèles de prédiction proposés dans la littérature. Il a également étudié l'effet de différents traitements thermiques tardifs où peu de données sont disponibles dans la littérature. Ces effets ont été étudiés sur des corps d'épreuve en béton potentiellement sujets à la formation différée d'ettringite : des traitements thermiques à plusieurs températures (61, 66, 71, 81, 86°C) et pendant des durées de cure de 1 à 28 jours ont été appliqués. Le suivi massique et dimensionnel des corps d'épreuve a permis d'identifier l'existence d'un effet de pessimum vis-à-vis de la durée de cure. Les caractéristiques des expansions ont été quantifiées et comparées aux histoires thermiques afin d'établir le couplage entre histoire thermique et gonflement. La pertinence du concept « d'énergie utile », associé à l'intégrale de la température en fonction du temps au-dessus d'une valeur seuil correspondant à la déstabilisation de l'ettringite, a été démontrée par la mise en évidence de courbes maîtresses. Une interprétation cohérente des résultats d'expansions (cinétiques et magnitudes) et des effets de la RSI sur les propriétés mécaniques en fonction des différentes histoires thermiques a été proposée, en lien avec une loi de prédiction des expansions / Delayed Ettringite Formation (DEF) is an internal swelling reaction that can affect concretes heated at a temperature higher than about 65°C. This phenomenon is related to a late formation of a normal hydrate (ettringite) of cement inducing crystallization pressure and significant expansions. This late formation of ettringite may affect concretes exposed to high temperatures at early age; it may be the case of precast elements, and massive concrete parts heated due to cement hydration (combination of the exothermic hydration and the low heat transfer conditions). Late in service exposure to high temperatures (fire, radioactive waste depositories and parts of structures of power plant) correspond to another situation that can induce expansion generated by DEF. In most cases, DEF leads to concrete swelling, cracking, decrease of the mechanical properties of the affected materials and thus potential problems in terms of serviceability and bearing capacity of the affected structures. The objectives of this study are to quantify and predict the relation between thermal history and swelling characteristics (magnitude and kinetics) in order to propose recommendations for prevention of DEF (A critical condition for the development of this reaction consists in the temperature increase at early age. Thus, temperature limitation is recommended as one of the most efficient ways to avoid DEF expansions), and for assessment and repair of structures affected by this pathology. For numerical tools, such as RGIB module of the CESAR-LCPC F.E. software, which allow to re-assess the structures affected by this phenomenon, this research aims to validate, or improve, or develop a coupling law giving the expansion induced by DEF depending on a thermal history at early age or on mature concrete. The investigations carried out were focused on the effect of temperature and curing duration of early age heat treatments on the risk of developing expansion. They also included effect of late heat treatments which correspond to scarce data in the literature. The experiments were performed on concrete specimens, using a sulfate, aluminate and alkali-rich cement, aiming to quantify the expansion magnitudes and kinetics due to different thermal histories and to identify the existence of an eventual pessimum effect with respect to the thermal energy, as mentioned in the literature. A number of heat treatments at 61, 66, 71, 81 and 86°C were applied for durations from 1 to 28 days. Monitoring of the specimens dimensions allowed identifying a pessimum effect with respect to the thermal curing duration. The swelling characteristics (magnitude and kinetics) have been quantified, using a mathematical relation, and compared to thermal histories applied to determine a link between thermal history and swelling. The relevance of the concept of ‘effective thermal energy' associated with the integral of the temperature as a function of time beyond a threshold value corresponding to the destabilization of ettringite was demonstrated by the identification of master curves. A consistent interpretation of the results of expansions (kinetics and magnitudes) and effects on the mechanical properties according to different thermal histories, has been proposed in connection with the law for predicting expansions

Abstract The aim of this thesis is to assess the time-dependent behavior of a new kind of composite railway bridge deck composed by two precambered and prestressed beams. The method used until now to design these bridge decks is a simple classical computation method with a variable modular ratio. They have been placed only with simply supported spans up to 26 m. It is now considered to apply this construction method for the building of continuous bridges (with larger spans) by connecting simply supported decks on their supports. It is known that this kind of construction will induce an additional and strong time-dependent redistribution of internal forces within the structure. It was felt that an in-depth understanding of the influence of the concrete time-dependent effects in this kind of composite structures is needed before proceeding with the design of statically indeterminate bridges. Two cross-section analysis programs applying the principle of superposition were developed: the first used the age adjusted effective modulus method and the second the step-by-step method. However, it is known that the delayed behavior of concrete does not fully comply with the principle of superposition. It appears that after a period of compression creep, creep recovery is significantly less than predicted by the superposition principle. In the construction phases of this bridge deck, the concrete fibers belonging to the bottom side of prestressed beams undergo a stress/strain history of significant unloading when the permanent loads are applied step-by-step. Moreover, these methods assume that the relative humidity remains constant. Finally, a lot of bridge decks are heated in order to transfer the prestressing as soon as possible. To evaluate more finely the time-dependent effects of concrete in such composite (and rather complex) structures with variable loading history, several steps have been carried out: -Analysis of the influence of the heat treatment applied in the workshop and the level of applied stress on the creep and the shrinkage of the concrete. -Analysis of the recovery phenomenon of the concrete resulting in the selection of the two-function method with the recovery function proposed by Yue and Taerwe. -Development of a cross-section analysis program applying the two-function method to take into account more finely the recovery phenomenon, what resulted in a optimization of the phases of construction of the bridge decks by decreasing the minimum age of concrete before prestressing from 40 hours to 20 hours. -Development of a structural analysis program with beam finite elements and applying the two-function method,what has resulted in an optimization of the phases of construction of continuous bridges composed by the junction of two bridge decks. -Proposition of a modelling based on the understanding of the physico-chemical phenomenona which are at the origin of the delayed effects and coupled to a local analysis of the evolution of the degree of hydration and the internal relative humidity in order to take into account the changes of the boundaries conditions in terms of heat and moisture exchanges occurring along the construction history of the bridge decks in the evaluation of their long-term behavior. For each component of the delayed strains (the thermal strain, the autogenous shrinkage, the desiccation shrinkage, the desiccation creep, the basic creep), a modelling has been proposed. -Development of a cross-section analysis program based on the numerically stable algorithm with increasing time steps for integral-type aging creep proposed by Bažant and including the different components of the delayed effects according to the proposed modelling. The results seem to be very promising since it was possible to reproduce in a more realistic way the evolutions of the measured strains of the composite railway bridge deck instrumented in June 2000 and situated near Brussels South Station. /Résumé L’objectif de cette thèse est de prédire le comportement à long terme de structure mixte type pont-bac composée de poutres préfléchies, précontraintes et construites par phases. A l’heure actuelle, ils sont dimensionnés à l’état limite de service par une méthode traditionnelle pseudo-élastique avec un coefficient d’équivalence acier-béton variable. Il est envisagé d’étendre ce type de construction à la réalisation de viaducs hyperstatiques permettant de franchir de plus grandes portées en établissant une continuité entre deux travées au droit de leur support commun. Il est connu que ce type de construction induit une importante redistribution des efforts internes dans la structure. Il est donc indispensable d’évaluer très finement l’influence des effets différés du béton sur ce type de construction. Deux programmes généraux d’analyse de section basés sur la méthode du module effectif ajusté et la méthode pas-à-pas ont tout d’abord été développés. Ces méthodes appliquent le principe de superposition. Des limitations propres à ces méthodes ont été relevées pour des historiques où le béton subit plusieurs déchargements significatifs par rapport à son état de contrainte initial juste après le transfert de la précontrainte. Ces méthodes ont aussi l’inconvénient de supposer une humidité relative constante. Enfin,pour pouvoir être mis en précontrainte le plus tôt possible, les ponts-bacs sont chauffés. Les caractéristiques de retrait et de fluage s’écartent de celles déterminées en laboratoire sur des éprouvettes conservées à 20°C. Pour lever les limitations des méthodes classiques et évaluer plus finement l’état de contrainte et de déformation à long terme dans ce type de structure, plusieurs étapes ont été effectuées : -Analyse de l’influence d’un traitement thermique appliqué dans les mêmes conditions que celles effectuées chez le préfabricant ainsi que du niveau de contrainte appliqué sur les déformations différées du béton. -Analyse de l’influence de l’application de déchargements à des âges divers sur les éprouvettes de béton permettant de mettre en évidence le fait que la méthode dite aux deux fonctions avec la fonction de recouvrance proposée par Yue et Taerwe reproduit la plupart des résultats expérimentaux de manière très satisfaisante. -Développement d’un programme d’analyse en section suivant la méthode pas-à-pas étendu à la méthode aux deux fonctions afin de mieux tenir compte de la recouvrance, ce qui a permis d’optimiser les phases de préfabrication des ponts-bacs en changeant l’instant de mise en précontrainte. Les simulations ont montré que si le béton du pont-bac est chauffé, la mise en précontrainte peut s’effectuer à 20 heures d’âge du béton. -Développement d’un programme d’analyse de structure au moyen d’éléments finis de type poutre et dont l’algorithme de résolution applique la méthode aux deux fonctions, ce qui a permis d’optimiser les phases de construction de viaducs hyperstatiques constitués par la jonction de deux ponts-bacs. -Proposition d’une modélisation fondée sur la compréhension des phénomènes physico-chimiques à l’origine des effets différés et couplée à une étude locale de l’évolution du degré d’hydratation et de la teneur en eau permettant de tenir compte des changements de conditions aux limites en terme d’échange de chaleur et d’humidité qui ont lieu au cours de l’histoire des ponts-bacs dans l’évaluation de leur comportement à long terme. Pour chaque composante des déformations différées (le retrait thermique, le retrait endogène, le retrait et le fluage de dessiccation, le fluage fondamental), une modélisation a été proposée. -Développement d’un programme d’analyse de section basé sur une approche incrémentale avec l’algorithme récursif et exponentiel proposé par Bažant et dans lequel les composantes des effets différés ont été intégrées suivant la modélisation proposée. Les résultats sont encourageants car ils ont permis de reproduire de manière beaucoup plus réaliste les évolutions des déformations mesurées dans le pont-bac instrumenté à Bruxelles.

La première partie concerne la description géologique des trois sites de barrages en béton : Malpasset (France) barrage voute construit sur des assises de gneiss et suite à la catastrophe de décembre 1969, Tachien ( Formose) barrage voute dans une gorge de quartzite schisteux et Hendrik Verwoerd ( Afrique du sud) , barrage voute dans une gorge de dolérite. La deuxième partie decrira des essais et mesures effectués sur des échantillons in situ .

On s'intéresse dans cette recherche à la valorisation du matériau bois dans les ouvrages d'art. Le concept retenu est une structure mixte bois-BFUP (Béton Fibré Ultra Performant). Ce type de conception possède des propriétés structurales qui ne sont théoriquement pas atteintes par l'utilisation seule du bois ou du béton. Ici, le béton est utilisé en compression et le bois essentiellement en traction. La résistance élevée du BFUP associée à la performance du bois en flexion permet d'espérer la conception d'ouvrages légers, faciles à construire, et utilisant un minimum de matière non renouvelable. Cependant, dans cette solution, la connexion à l'interface des deux matériaux est toujours un point extrêmement sensible, notamment sous les actions de fatigue. Du comportement de l'interface dépend le taux d'augmentation de la résistance et de la rigidité. Cette thèse présente des études théoriques et expérimentales sur la contribution des systèmes de connexion au comportement global de nouveaux ponts mixtes bois-BFUP. Après le chapitre de synthèse bibliographique, un modèle, appartenant à la famille des Modèles Multiparticulaires des Matériaux Multicouches (M4), est développé. Sa résolution analytique pour le cas de la poutre mixte a été réalisée et validée par un calcul aux éléments finis. On met en évidence la bonne prise en compte des déformations de cisaillement dans les couches et de glissement à l'interface. Dans la partie expérimentale, des essais exploratoires en flexion sur des poutres mixtes, équipées de différents systèmes de connexion couvrant toutes les familles, sont présentés. Les résultats ont montré que la solution par collage entre le bois et le BFUP est bien plus performante que les autres solutions, tant en rigidité qu'en résistance. Un prototype d'un tablier mixte bois-BFUP collé à l'échelle 1/3 a été ensuite conçu et quatre exemplaires ont été réalisés. Les tests ont permis de démontrer la bonne tenue en fatigue de la solution par collage. Les résultats positifs ont ainsi ouvert des perspectives pour de nouveaux ponts mixtes.