The goal of this research project is to analyze the behavior of columns made with plain concrete and synthetic polypropylene/polyethylene fiber addition. In order to supplement the current data base, an experimental study was carried out on six columns of real size and ordinary concrete resistance confined by circular stirrups and subjected to constant axial loads and cyclic flexure. Three columns were built with concrete of normal resistance with 0% of synthetic fibers and three columns were built of concrete with 1% by volume of synthetic fibers.The used concrete strength varied from 25 to 42 MPa, the resistance of longitudinal steel was 510 MPa, that of the stirrups of 468 and 510 MPa and the axial factor load around 25% Ag f'c . Today, it is possible to explore the behavior in the plastic range of the structural elements under seismic loading. Predictions of behaviour of moment vs curvature as well as predictions of force vs displacement relationship were accomplished. Indeed, the comparison between the experimental results and the prediction made for the specimens with and without fibers shows a very good agreement. In the case of the prediction of the moment vs curvature relationship, the MNPHi software developed by [PAULTRE, 1996] was used and in the case of the prediction of force vs displacement relationship, software DISP96 developed by [LÉGERON, 1998] was used. Finally, the influence of tie spacement as well as addition of fibers were clearly observed.The results show that the presence of polypropylene/polyethylene fibers in the concrete matrix improves ductility, tenacity, and the capacity to dissipate energy. Also, they help to retain the cover concrete.

Le Calsifrit est un additif cimentaire développé au début des années 2002. Il provient du traitement chimique et thermique des vieilles brasques d'aluminium. Sa composition chimique ainsi que sa structure amorphe lui confère des propriétés pouzzolaniques intéressantes. Son incorporation à des bétons et des mortiers, en substitution partielle au ciment, permet d'améliorer la rhéologie de la pâte fraîche en diminuant la demande en eau, et d'améliorer les propriétés mécaniques et la durabilité à long terme des bétons et mortiers durcis. Parmi les composantes du Calsifrit se trouve [i.e. trouvent] 2 éléments présents à des teneurs non-négligeables; le sodium et les fluorures. L'impact environnemental de l'incorporation de Calsifrit à des bétons et des mortiers doit être connu, que ce soit en usage normal ou au terme de leur vie utile, lors de la réutilisation de bétons concassés comme granulats recyclés ou de leur enfouissement. Dans cette optique, des essais de lixiviation statique, dynamique, et de diffusion ont été réalisés sur des bétons et des mortiers binaires de différents rapports E/L et à 25% et 45% de Calsifrit en substitution au ciment. Les résultats obtenus démontrent que la lixiviabilité du sodium dans les bétons et mortiers contenant 25% de Calsifrit en substitution au ciment se stabilise après 6 mois de cure, mais qu'elle continue de croître chez les bétons et mortiers contenant 45% de Calsifrit en substitution du ciment. La lixiviabilité des fluorures s'avère quant à elle très faible et les concentrations obtenues dans les lixiviats sont inférieures aux normes environnementales du ministère du développement durable, de l'environnement et des parcs du Québec. Deux mécanismes de libération du sodium dans la matrice cimentaire sont proposées [i.e. proposés], et nécessitent d'être validées [i.e. validés] dans le cadre d'un projet distinct.Le premier mécanisme propose une solubilisation progressive du sodium par la solution interstitielle.Le deuxième suggère plutôt une conséquence de la réaction pouzzolanique, qui libérerait les ions sodium emprisonnés dans la structure du Calsifrit ou qui participent à l'équilibre des charges.

Les joints de chaussées sont mis en oeuvre pour contrôler la fissuration due aux conditions thermiques et environnementales. Par ailleurs, les goujons d?acier sont couramment utilisés au Québec dans la réalisation de dalles de chaussées en béton jointées, appelées communément dalles courtes goujonnées. Ils permettent le transfert des charges dues au trafic entre les dalles au niveau des joints. Il s?avère aujourd?hui que les conditions environnementales rencontrées en Amérique du Nord (et plus particulièrement au Québec) et l?emploi de sels de déglaçage en hiver, favorisent les phénomènes de corrosion et de dégradation au niveau des joints qui sont un élément structural prépondérant vis-à-vis de la durabilité de ces structures de chaussées. Des goujons de polymères renforcés de fibres de verre (PRFV) peuvent être une alternative sans corrosion à ceux d?acier et/ou revêtus d?époxy actuellement mis en oeuvre. Ils permettent une conception de durabilité accrue et à coûts moindres (durée de service allongée, entretiens réduits). Ce projet propose une série d?essais en laboratoire, pour d?une part caractériser les propriétés et le comportement à court et long terme de goujons de PRFV, et d?autre part réaliser des expérimentations structurales sur des spécimens de dalles de chaussées jointées. Un des objectifs est de proposer une méthodologie de design en vue de leur utilisation dans de futurs projets.Les goujons de PRFV qui font l?objet de ces essais sont fabriqués par la compagnie Pultrall Inc. de Thedford Mines (Québec, Canada). Deux types de goujons de PRFV sont étudiés dans le cadre de ce projet de recherche (résine polyester et vinylester) ; couvrant une gamme de sept diamètres allant de 25,4 mm à 44,5 mm.

Plus de 30 000 structures en béton armé ont été installées par Hydro-Québec au cours des 30 dernières années. Ces structures, préfabriquées ou coulées sur place, subissent d'importants problèmes de dégradation avec le temps. La pression hydrostatique constante du sous-sol accélère l'infiltration de l'eau, parfois saturée de sels de déglaçage, dans le béton. L'eau réagit avec les armatures d'acier qui se corrodent prématurément. La corrosion des armatures cause ensuite la fissuration prématurée du béton ce qui augmente de débit l'infiltration d'eau, etc.. Le problème peut être résolu en remplaçant l'armature en acier par de l'armature non corrodable en matériaux composites, telles que les barres en polymères renforcés de fibres de verre (PRFV). Ce mémoire présente un résumé des normes canadiennes en vigueur qui régissent l'utilisation des matériaux composites. De plus, une revue de la littérature est effectuée pour le poinçonnement des dalles conventionnelles et renforcées de PRFV. La conception préliminaire des dalles sous charges pondérées et de service est ensuite effectuée pour les chambres renforcées d'acier et de PRFV. Il est démontré lors de la conception préliminaire que les deux types de chambres (renforcées en acier et en PRFV) comportent certains manques sous charges pondérées. Ces manques peuvent être simplement réglés apportant des modifications mineures au ferraillage. Trois types d'essais expérimentaux sont effectués sur huit spécimens de taille réelle. L'essai de compression simule les charges verticales (la pression des terres, le trafic, le camion de tirage, etc.). L'essai de traction avec poulies simule un tirage de câbles sur les murs, le plancher et le plafond. L'essai de traction direct simule le tirage de câbles sur un seul ancrage. L'essai de compression démontre que pour les chambres renforcées de PRFV avec coulis cimentaire entre les pièces, les déformations sur les armatures et sur le béton, les déplacements et la fissuration des chambres sont adéquats pour des charges de service et pondérées selon le devis de performance proposé par Hydro-Québec. L'essai de tirage avec poulies se termine chaque fois avec la rupture de la soudure de l'anneau au plancher. Pour toutes les chambres, les déformations sur les armatures et sur le béton, les déplacements et la fissuration sont adéquats selon le devis de performance proposé. L'essai de tirage direct se termine par la rupture en poinçonnement du mur. Pour toutes les chambres, les déformations sur les armatures et sur le béton, les déplacements et la fissuration sont adéquats selon le devis de performance proposé. De plus les équations de poinçonnement de la norme S806-12 sont toujours conservatrices par rapport aux valeurs expérimentales obtenues.

Les codes de conception des ponts sont en mode de transition vers la conception basée sur la performance (CBP) et il n’est pas encore clair comment les critères de conception peuvent répondre aux différents critères de performance pour différentes classes de ponts. Dans ce projet, une approche locale est utilisée pour prédire la performance locale des piles de ponts en béton armé soumises à des charges sismiques. La performance locale est liée à la résistance résiduelle (exigence fonctionnelle) et au besoin de réparations postséisme (réparabilité et coûts de cycle de vie). La performance locale d’une pile de pont est liée à l’ouverture des fissures, au taux de renforcement, au flambement et à la rupture des barres longitudinales, et aux dommages irréversibles en compression du béton. Le document présente une technique de modélisation qui prédit la performance locale des piles. Le modèle du béton tient compte du confinement, du raidissement en traction et du comportement cyclique du béton à l’aide des équations du modèle de Laborderie (1991), un modèle basé sur la mécanique d’endommagement. Le modèle inclut les effets du flambement en considérant les barres longitudinales comme éléments individuels dans la région de la rotule plastique. Le flambement est modélisé en introduisant une excentricité initiale représentant l’expansion du béton en compression. Les modèles de comportement des matériaux ont été introduits au logiciel Opensees. Des outils spécifiques de post-traitement permettent d’évaluer la performance locale d’une pile de pont soumis à un tremblement de terre. La technique de modélisation est utilisée pour prédire le comportement de plusieurs piles de ponts testés en compression et flexion cyclique (tests pseudostatistiques) par Lehman et al. (2000) et Calderone et al. (2001) et peut être utilisée pour des piles testées de manière pseudodynamique pour simuler un véritable tremblement de terre. Les prédictions sont proches des valeurs expérimentales au niveau global (diagrammes d’enveloppe force-déplacement et le comportement hystérétique). En ce qui concerne la prédiction de la performance à un niveau local, le modèle prédit bien les déformations locales et les états limites pour des ductilités en déplacement allant jusqu’à 3. Pour des ductilités en déplacement supérieures à 3, le flambement et la rupture des barres sont bien prédits pour 50% des piliers. D’autres piliers devraient être testés afin de valider et d’améliorer la méthode de prédiction de ces états limites. La méthode peut être utilisée pour déterminer et valider les critères de conception par rapport aux critères de performance dans une optique de conception performancielle des piliers de ponts en béton armé.

Cette étude porte sur une modélisation statistique des effets de cinq paramètres intrinsèques de la composition des mélanges. L'étude selon un plan factoriel permet aussi de comprendre les effets couplés de ces cinq paramètres sur le comportement rhéologique et la stabilité. Le programme expérimental de cette thèse a été réalisé sur des bétons et sur des Mortiers de Bétons Équivalents (MBE) avec des essais de validation sur béton. Les résultats obtenus montrent que les AC [agents colloïdaux] ont effectivement permis d'améliorer la stabilité du béton car les particules de ciment utilisées, en présence d'additif polymère (SP), forment une suspension instable dans l'eau. L'étude des paramètres rhéologiques montre que l'effet de la cellulose est spécialement accentué sur la viscosité, celui des polysaccharides et de l'amidon sur le seuil de cisaillement. L'étude des performances des AC sur un système à base de CaCO[indice inférieur 3] a amélioré la compréhension de leur fonctionnement dans la matrice cimentaire. Il a été montré aussi que la stabilité et la rhéologie d'un système dépendent en partie de la réactivité de la phase solide. L'incorporation d'un AC n'affecte pas les résistances à la compression à 24 heures par rapport au mélange témoin (sans AC). Les mélanges réalisés avec le Diutan et l'amidon ont montré des résistances à la compression à 24 heures plus importantes que celles obtenues avec le Welan gum et la cellulose. Les résultats avec les AT ont montré que pour un dosage en SP et un rapport E/L fixes, l'incorporation des AT diminue la fluidité. Les fibres synthétiques ont montré une efficacité plus élevée par rapport au propylène sur la diminution de l'étalement. La bentonite n'a montré aucune influence sur la viscosité plastique, mais elle a fortement augmenté le seuil de cisaillement pour tous les dosages étudiés. Au contraire, les fibres ont eu une action importante sur la viscosité plastique. Leurs effets sur le seuil de cisaillement ont été nuls jusqu'à un dosage élevé. L'incorporation du propylène améliore les deux paramètres (la viscosité et le seuil) pour tous les dosages sélectionnés. Le comportement thixotropique des mélanges a été aussi évalué. La thixotropie est fortement reliée aux types et dosages des AV. Il a été montré que les AC à base de polysaccharide augmentent fortement la thixotropie dans les deux systèmes (ciment et CaCO[indice inférieur 3]) par rapport au Cellulose et à l'Amidon. Le Bentonite et le Propylène ont aussi montré des valeurs élevées de la thixotropie par rapport aux fibres synthétiques. L'étude de combinaisons d'AC/AT et AC/AC montre que l'utilisation des deux AV de même mode de fonctionnement (tels que les Polysaccharides) n'entraîne pas de changement considérable quant aux propriétés recherchées. La combinaison entre des AV de différents modes de fonctionnement (Polysaccharide/Cellulose) permet de modifier les propriétés des mélanges. Ceci a un effet considérable sur le rapport coût/performance. Grâce à l'utilisation du plan factoriel, il était possible d'identifier les principaux paramètres qui peuvent avoir une influence sur les propriétés des MBE. Il a permis aussi de relier les propriétés de MBE entre elles. Ces paramètres sont : le rapport E/L, le dosage en AC et en AT, le rapport S/S+G et la fluidité. Enfin, cette étude a mené à l'utilisation des AV pour stabiliser le béton de masse fluide. Ce béton est caractérisé par un étalement de 520 « 20 mm et est réalisé avec des gros granulats de taille maximale de 40 mm. Deux types de liant ont été utilisés : le premier est un ciment LH et l'autre qui est une combinaison de ciment LH avec des ajouts minéraux tels que les cendres volantes et les fillers calcaires. Les résultats à l'état durci de ces bétons ont montré des bonnes résistances vis-à-vis les essais de retrait, l'écaillage, le gel/dégel et la perméabilité aux ions chlorures."--Résumé abrégé par UMI

Les travaux de cette thèse ont permis de quantifier la réactivité de granulats silex et calcaires siliceux grâce à des études en milieu réactionnel modèle. Le suivi d’éprouvettes de béton a montré que plus des bétons contiennent de granulats « riches » en silice réactive (supérieur à 5%) moins ils gonflent mettant ainsi en évidence l’apparition d’un effet pessimum. En revanche, dans le cas des matériaux « pauvres » en silice réactive (inférieur à 5%) la réduction de l’expansion ne s’observe plus. Il a été montré que, grâce à un processus de neutralisation non délétère pour le béton, les phases siliceuses réactives sont capables de fixer des alcalins sans être dégradées, au travers des silanols initiaux, jusqu’à un certain seuil. Ce seuil en alcalins est rarement dépassé dans le volume granulaire des bétons constitués de sable et de gravillons « riches » en silice réactive. L’augmentation de la température de cure de 38 à 60°C a permis l’observation d’une diminution de l’expansion et l’apparition d’un effet pessimum pour les bétons à base de granulats « pauvres » en silice réactive. Ce changement s’expliquerait par une compétition entre un mécanisme non délétère de neutralisation des alcalins (favorisé à 60°C) et le processus de dégradation de la silice consécutive à une forte concentration locale des alcalins (favorisé à 38°C). La compétition entre ces deux mécanismes est due à un écart de diffusion des alcalins à l’intérieur du réseau siliceux. / The works of this thesis have allowed to quantify the reactivity of flint and siliceous limestone aggregates through studies in model media. Monitoring of concrete samples showed that more is the "rich" silica reactive (greater than 5%) aggregates in concrete, unless they swell highlighting the emergence of pessimum effect. In contrast, in the case of "poor" reactive silica (less than 5%) materials, reduction of the expansion is no longer apparent. It has been shown that through a process of neutralization witch is not damageable for concrete, reactive siliceous phases are capable of fixing alkalis without being degraded through initial silanols, until a certain threshold. This alkalis threshold was rarely exceeded in the granular volume of concrete based on fine and course aggregates witch are “rich” in reactive silica. The increase in curing temperature from 38 to 60°C allowed the expansion reduction and the emergence of a pessimum effect for concretes containing “poor” reactive silica. This change is explained by a competition between a non-deleterious mechanism of neutralization of alkalis (favoured at 60 ° C) and the degradation of silica resulting in a high local concentration of alkalis (favoured at 38 ° C). The competition between these two mechanisms is due to a differential diffusion of alkalis inside the silica network.

Dans le souci d’améliorer le réseau de distribution de l'énergie électrique, tout en maintenant l'intégrité de certains sites urbains protégés, plusieurs municipalités du Québec ont choisi d’enfouir leurs fils électriques. Ce type d’installation requiert des chambres de raccordement souterraines afin de réaliser l’entretien du réseau et le câblage. Ces chambres sont typiquement placées à tous les 300 mètres du réseau et sont généralement recouvertes d’épaisseurs de remblai allant de 0,6 m à 1m. L’un des principaux problèmes affectant l’état structural de ces chambres est la dégradation du béton de la surface externe de celles-ci. Dans certains cas, la dégradation peut atteindre une portion non négligeable de l’épaisseur de la dalle, jusqu’à en causer l’effondrement. En plus de présenter un danger pour la population, ces effondrements entraînent des coûts d’entretien élevés pour les propriétaires d’ouvrages. En outre, ces chambres sont difficiles à inspecter par l’intérieur. Cette problématique est d’autant plus importante étant donné la grande quantité de chambres de raccordement souterraines construites par le passé. Dans ce contexte, Hydro-Québec a lancé un programme de recherche visant à faire l'évaluation par des techniques de contrôle non destructif de l’état du béton du toit des chambres de raccordement souterraines. C'est dans ce cadre que s'inscrit cette étude. Le but de notre projet est d'évaluer les capacités de la technique du Géoradar à détecter l’endommagement du béton et, si possible, déterminer l’étendue en profondeur des dégradations dans le béton de ces dalles en béton armé enterrées. Ce mémoire de maîtrise présente la méthode proposée pour atteindre cet objectif. Des simulations numériques ont été réalisées, dans un premier temps, pour établir les limites de l'application Géoradar dans le cadre de notre problématique. Les résultats obtenus ont ensuite été confrontés à des essais réalisés sur des dalles réelles enterrées. Les travaux ont permis de montrer sans équivoque qu'avec le Géoradar, il est possible de déceler la dégradation au niveau des dalles enterrées, lorsque celles-ci se situaient à une profondeur maximale de 75 cm sous un sol de type sableux. Mais, il est encore difficile de pouvoir estimer l’étendue en profondeur de la dégradation, sans connaître l'état initial des dalles.

Le calcul d'une dalle bidirectionnelle est un processus long et complexe demandant une certaine expérience. La norme CSA A23.3-04 suggère deux méthodes : la méthode directe et la méthode du portique équivalent. La première est efficace pour certaines géométries (CSA A23.3-04 art.) tandis que la deuxième permet de couvrir pratiquement toutes les géométries. Cette dernière consiste à analyser des portiques 2D, représentant chacun une section de la dalle, dans lesquels l'inertie des poteaux est réduite par un certain facteur. Le calcul de ce facteur peut se faire de deux façons, soit en calculant la rigidité équivalente du poteau ou en utilisant les formules 13-21 et 13-22 de la norme. Toutefois, la validité de ces deux dernières équations est remise en question dans la littérature. D'où l'importance d'effectuer une optimisation de ces équations afin d'assurer l'intégrité structurale des ouvrages en béton armé. Cette optimisation est possible grâce à la disponibilité de plusieurs logiciels offrant les analyses par éléments finis tels que SAFE et SAP2000. Ces logiciels permettent d'analyser rapidement et efficacement un grand nombre de géométries différentes. Les géométries qui sont étudiées dans la présente recherche se concentrent autour de trois grandes catégories de dalles, soit : les dalles pleines sur poteaux, les dalles avec poutres de rive et les dalles avec poutres entre tous les appuis. Des variations au niveau des portées ainsi que des dimensions des poteaux sont effectuées afin de couvrir le plus de cas possible. Des analyses statistiques de type 2k ainsi que des analyses paramétriques orientées grâce aux résultats des analyses statistiques sont réalisées pour chacune des trois catégories. Les résultats sont ensuite combinés pour obtenir des équations améliorées. En bref, ces équations améliorées permettent de diminuer les écarts entre les valeurs calculées et les valeurs obtenues avec la méthode de la rigidité équivalente. Ainsi, les ingénieurs ont à leur disposition une méthode davantage précise, efficace et rapide.

La valorisation des sédiments marins du GPMD comme un nouveau granulat présente une solution alternative dans le domaine de génie civil. Les travaux de cette thèse se focalisent sur l’étude de valorisation du sédiment en technique routière et l’étude de durabilité du béton à base de sédiment. La première partie de la thèse fait l’objet de la valorisation des sédiments marins en technique routière. Elle est devisée en trois étapes :La première étape a été consacrée à une identification du sédiment marin. La deuxième étape présente la méthodologie de valorisation du sédiment par la mise au point d’une formulation en laboratoire. La dernière étape concerne la réalisation d’un ouvrage routier à l’échelle 1 à base du sédiment à Dunkerque. La phase de suivi in situ de l’aspect mécanique et environnemental de l’ouvrage est également traitée. La seconde partie fait l’objet d’une étude de durabilité du béton à base de sédiment. Cette partie est divisée en trois étapes. La première étape est consacrée à une caractérisation non destructive et destructive des deux bétons contenant 12,5% et 20% de sédiment associé à une caractérisation microstructurale. La deuxième concerne l’étude de durabilité du béton face à l’attaque sulfatique externe, aux cycles gel/dégel et à la RAG afin d’évaluer l’effet de l’ajout de sédiment dans le béton. Enfin, la troisième étape traite l’impact environnemental sur les deux types de bétons. L’étude de durabilité des bétons à base de sédiment présentée dans cette partie peut servir de base à des futurs travaux visant à mieux comprendre l’impact d’incorporation de sédiment dans le béton sur la résistance mécanique, ainsi que sur les mécanismes de dégradation. / The valorization of non-submersible marine sediments of the GPMD as a new aggregate presents alternative solutions in the field of civil engineering for a better management. The work of this thesis focus on the valorization study of marine sediment in road engineering and the study of the durability of concrete blocks made with sediment. The first part of valorization non-submeresible sediments in road engineering is divided into three steps :The first step was devoted to the physical, mechanical and mineralogical characteristics of these materials, as well as their chemical composition and environmental effects. The second step presents an experimental methodology for the development of a road foundation. The last step describes the construction of an experimental road and analyses the mechanical properties of cores drilled from the road and the results of deflection tests. An environmental assessment, based on leaching tests, was also performed.The second part of the thesis focuses on a durability study of two concrete blocks with two different percentages of sediment. This part is divided into three steps:In the first step, mechanical, physical and chemical characteristics of two types of concrete containing12,5% and 20% of dredged marine sediments are presented and discussed. In the second step, we have examined the durability of these types of concrete with regards to alkali-aggregate reaction, sulphate attack and freezing and thawing cycles. The results of this study will serve in order to better understand the impact of the incorporation of sediments into the concrete and the effect on the mechanical resistance and the degradation mechanisms.