La gestion des interventions sur les ouvrages en béton, publics et privés, n’est pas toujours optimale. Ceci est dû à l’absence d’un protocole complet capable de guider de manière homogène les ingénieurs dans leurs choix relatifs à la priorité ainsi qu’aux types de travaux à effectuer sur leurs ouvrages. Ce manque d’assistance décisionnelle se traduit par des interventions qui ne sont pas toujours optimales en termes de coûts et de durabilité. Ce mémoire présente la méthodologie développée en collaboration avec les ingénieurs d’Hydro-Québec dans le but d’uniformiser, rationaliser et intégrer dans un outil de gestion les différentes étapes requises pour réussir des interventions optimales et de qualité. Trois activités sont essentielles afin de systématiser l’approche de réfection ou d’entretien sur les ouvrages en béton: le diagnostic des dégradations, l’évaluation de la pertinence des interventions et le choix des méthodes et produits de réfection appropriés. Après avoir fait une revue de documentation exhaustive afin de bien cerner le problème, les chapitres de ce mémoire décrivent successivement les approches retenues pour chaque activité en vue d’orienter efficacement les ingénieurs dans la gestion de leurs infrastructures. Plus précisément, un outil informatique a été développé de manière à incorporer les méthodes qui résultent de ce projet de recherche. Un logiciel de ce genre est essentiel, puisqu’en plus de simplifier l’utilisation à grande échelle des divers outils d’évaluation développés, il permet d’uniformiser les méthodologies de travail à l’intérieur d’une organisation de grande taille comme Hydro-Québec. / Hydro-Québec is amongst Canada’s largest hydroelectric companies. It is responsible for maintaining an acceptable level of performance of many concrete dams. In order to do so efficiently, from cost and durability standpoints, the different stages of the condition survey required in the evaluation of the structure must be homogeneized and integrated in a tool capable of assisting the engineer in his choices. These stages are the diagnosis of the causes of concrete distresses, the evaluation of the need of repair or maintenance actions and the selection of the appropriate materials and repair procedures. This document describes the methodologies developed and later incorporated in a computer program, which is able to guide the engineer in a systematic and rational way.

La détérioration prématurée des réparations en béton est le résultat de divers processus physico-chimiques et électrochimiques. La fissuration du béton de réparation est une des causes de dégradation les plus importantes et peut entraîner et accélérer le processus de corrosion des barres d’armature et ainsi diminuer significativement la durée de vie, non seulement de la réparation, mais de l’ouvrage dans son ensemble. Ce travail de recherche avait pour objectif de contribuer à identifier et développer une méthode d’essai objective et établir une corrélation avec des techniques d’essai indirectes. L’essai proposé utilise une dalle de béton de référence comportant en surface une cavité à combler avec le matériau à tester. Cet essai permet de simuler une réparation superficielle réelle, avec un degré de restriction représentatif et la possibilité de réaliser le vieillissement dans des conditions d’exposition diverses. Afin d’être en mesure d’apprécier le caractère représentatif de l’essai de performance et des techniques d’essai indirectes, des réparations expérimentales de grandeur nature ont aussi été réalisées sur des structures exposées en conditions extérieures. / The premature deterioration of concrete repairs in service is a result of a variety of physico-chemical and electrochemical processes. Among the most serious causes of repair failures is cracking of the repair. Cracking may result in the reduction of an effective cross-sectional area of the repaired structure and increase the effective permeability of the concrete cover, thus promoting corrosion of the reinforcement and further deterioration. The main objective of this project was to contribute to the development and assessment of a reliable test method for evaluating the sensitivity to cracking of repair materials. A performance test was developed and used to establish correlations with existing indirect test methods (ring test, beam deflexion test, drying shrinkage test, etc.). The performance test method uses of a reference slab containing a cavity on the top surface to be filled with the repair material to be tested. The reference test slab, which offers a degree of restraint comparable to what is found in reality, allows simulating the behavior of the material in real concrete repair conditions. In order to better evaluate the test methods, experimental repairs have also been made on existing structures exposed to service conditions.

Le mémoire traite de l'utilisation des bétons à retrait compensé pour des réparations minces de structures de béton. Ces réparations sont sujettes au retrait de séchage qui provoque généralement la fissure de la couche de réparation et diminue leur durée de vie. Les bétons à retrait compensé sont fabriqués avec du ciment expansif type K (BRC-K) et avec du ciment ordinaire additionné d'un agent expansif à base de chaux (BRC-C). L'étude porte également sur l'influence de l'ajout de fumée de silice aux mélanges sur la réaction d'expansion et le comportement général du béton. La première partie du travail est vouée à l'analyse de la réaction d'expansion du BRC-C en fonction du dosage en agent expansif, du type et de la durée de mûrissement humide, ainsi que de la surface de béton exposée au mûrissement et au séchage par rapport au volume des éprouvettes. À l'aide de ces résultats, il est possible de déterminer les conditions d'essais qui seront utilisées dans l'étude comparative faite avec le BRC-K. La réaction d'expansion du ciment type K est bien documentée dans la littérature, les essais préliminaires ont servi à valider les valeurs déjà obtenues dans d'autres études. De façon générale, les BRC permettent de compenser le retrait de séchage lorsque le mûrissement humide est fait en immersion dans l'eau durant une période de 7 jours. Cette condition a donc été retenue pour la deuxième partie de ce travail. La seconde partie de la recherche comporte une série de nombreux essais visant à mesurer l'expansion et le retrait libre des mélanges de BRC et à étudier le comportement d'une couche de réparation sur un support de béton mûri et volumétriquement stable. Les essais sur des éprouvettes composites ont permis de calculer et mesurer l'effet de précontrainte procuré par l'expansion du BRC restreinte par un support. De plus, la qualité et la durabilité de l'adhérence, de même que la fissuration suite au séchage d'une couche de réparation ont été mesurées sur des dalles de béton mûri et stable. Ces essais ont montré que les BRC ont un meilleur comportement qu'un béton ordinaire lorsqu'ils sont utilisés pour une réparation mince. Aussi, les résultats obtenus montrent que la précontrainte de compression générée par l'expansion restreinte de la couche de réparation peut contribuer à diminuer les contraintes de tension induites par le retrait de séchage. Enfin, la dernière partie vise l'étude de la durabilité des BRC face aux cycles de gel et de dégel en présence de chlorures. Ainsi, les différents mélanges de BRC ont été soumis aux essais de gel-dégel et d'écaillage. Afin de mieux en analyser les résultats, ces essais sont couplés à une caractérisation du réseau de bulles d'air dans la pâte de ces bétons. Les résultats montrent que les BRC ont sensiblement le même comportement que le béton ordinaire face au gel-dégel et à l'écaillage. En conclusion, suite à cette étude, l'utilisation des BRC dans le domaine des réparations minces en béton semble possible et mérite d'être analysée plus en profondeur afin d'éventuellement les inclure comme matériau reconnu à la disposition des concepteurs de réparations.

La réparation des structures en béton est en plein essor. Utilisées majoritairement pour pallier à des défaillances d'ordre esthétique et fonctionnel, les réparations peuvent compenser des dysfonctions structurales. Cependant, les connaissances sur la participation des réparations au comportement structural des ouvrages sont majoritairement empiriques. L'objectif principal de ce projet est de donner une base scientifique fiable permettant de choisir des matériaux et des techniques de réparation pour des éléments structuraux chargés axialement comme les colonnes. Plus spécifiquement, le projet est approché selon une utilisation combinée de la modélisation et de l'expérimentation. Le but est ainsi d'évaluer la distribution de la charge à l'intérieur de la colonne (substrat + réparation) en faisant varier les conditions aux limites (préchargement, géométrie de la réparation) pour analyser l'influence des propriétés de base des matériaux de réparation (rigidité) sur la répartition des contraintes. Ainsi, dans la première phase du projet, une analyse numérique a été réalisée pour examiner l'influence des principaux paramètres (taille de la réparation, type de béton, épaisseur de la réparation) et pour guider le plan expérimental. Dans la seconde phase du projet, 36 colonnes ont été fabriquées en laboratoire et réparées par la suite avec cinq différents matériaux de réparation choisis principalement pour leur rigidité. Une fois instrumentées, les colonnes ont été testées sur une presse asservie hydrauliquement. L'analyse qui s'ensuit révèle une concordance des résultats numériques et expérimentaux. Les conclusions principales de l'étude montrent que le type de transfert de charge vers la réparation influence le comportement mécanique du système réparé. En effet, la rigidité de la réparation semble être un paramètre influent pour les réparations en contact uniquement par l'adhérence avec le support. Pour ce type de réparation, les réparations rigides et épaisses sont défavorables sur le comportement mécanique du système global. Mots clés : Béton, capacité structurale, colonne, compression, MEF, propriétés mécaniques, réparation

Ce travail porte sur le comportement structural des réparations minces en béton soumises aux chargements mécaniques monotones et cycliques. L'objectif est l'étude des mécanismes susceptibles d'engendrer l'apparition et la propagation de fissuration au niveau de l'interface. L'étude s'intéresse particulièrement à l'influence du mode de sollicitation sur la fissuration interfaciale et à la durabilité des éléments composites La méthodologie repose sur trois étapes expérimentales. La première concerne le comportement structural d'une vaste gamme de configurations d'éléments composites en considérant une méthode unique de préparation de surface. La seconde met l'accent sur le rôle de cette préparation sur les mécanismes de décollement. La dernière aborde la sensibilité du comportement des structures composites en présence de défaut de collage. Les résultats montrent que lorsque le plan interfacial est suffisamment rugueux ([alpha]rugo [supérieur ou égal à] 10 [degré]), il n'y a pas de décollement quel que que soit le type de sollicitation. Globalement, les résultats obtenus démontrent que les réparations minces adhérentes en béton se comportent très bien lors des chargements monotones et cycliques et que dans des conditions de mise en oeuvre adéquates et avec des matériaux de qualité, elles constituent une alternative de réhabilitation viable et pertinente dans plusieurs situations.

Cette étude a pour but de compléter et d'améliorer les connaissances reliées à l'expansion du béton générée par la réaction alcalis-silice (RAS). Elle est divisée en deux volets : l'expansion atteinte et l'expansion résiduelle. Dans le cadre du premier volet de recherche, deux essais sont évalués afin de vérifier leur potentiel pour déterminer l'expansion atteinte à ce jour d'un béton affecté de RAS. L'indice d'endommagement interne (DRI) présente d'excellentes relations et permet d'estimer l'expansion du béton de façon assez fiable, et ce, même pour l'expansion due au gel/dégel. La présence ou non d'un entraîneur d'air dans le béton fait grandement varier les résultats. Les essais de chargement cyclique (SDT) n'ont malheureusement pas été effectués et les résultats suivront dans une publication scientifique ultérieure. Dans le cadre du deuxième volet de recherche, l'influence de plusieurs paramètres est évaluée au cours de l'essai d'expansion accélérée. Ces paramètres sont : le rapport eau/ciment du béton, l'état de la surface des éprouvettes (moulée vs. forée), le rapport volumique air/béton dans les contenants, le diamètre des éprouvettes, les mesures de protection contre le lessivage, la durée de mûrissement, ainsi que la nature des alcalis. Le rapport volumique air/béton dans les contenants a une influence majeure sur les résultats d'essais : plus il est élevé, plus le lessivage est important et plus l'expansion est faible. Le diamètre des éprouvettes testées (ou leur surface spécifique, inversement proportionnelle au diamètre), est aussi un paramètre très influent : plus le diamètre est faible, plus le lessivage est important et plus l'expansion est faible. Aucune mesure de protection contre le lessivage ne permet une expansion ultime aussi élevée que celle des éprouvettes non protégées, même si elles réduisent le lessivage. Il semble qu'il y ait un seuil critique de lessivage, aux alentours de 20%, au-delà duquel la courbe d'expansion des éprouvettes plafonne.

S'inscrivant dans une problématique actuelle du génie civil relative aux phénomènes implicites à la durabilité des structures réparées en béton, cette étude se propose d'analyser le comportement des bétons de réparation en situation de mouvement empêché. Aux fins de l'investigation, les bétons autoplaçants (BAP) ont été ciblés pour le programme expérimental, étant donné qu'ils manifestent un bon comportement face à la fissuration, comme le révèlent les études des dernières années. Ainsi, un protocole expérimental comportant deux volets principaux a été élaboré. Le premier volet consiste à évaluer l'influence des paramètres de composition (ajouts minéraux, chimiques et organiques) sur la tendance à la fissuration des bétons étudiés. Cette étape comprend une campagne d'essais ciblée dont l'objectif est d'établir une corrélation entre les propriétés individuelles du matériau (résistance à la traction, module élastique, retrait, fluage) et son comportement en conditions de mouvement restreint. Le deuxième volet compte, quant à lui, une série d'essais visant à préciser et à comprendre l'impact de la température de mûrissement sur les propriétés individuelles, ainsi que sur le comportement du béton en situation de retrait restreint. La réalisation des deux volets expérimentaux a nécessité la préparation de près de 10000 litres de béton en laboratoire. Exploitant les résultats recueillis dans le cadre du programme expérimental, l'analyse est orientée vers le développement d'ime méthode de calcul pour l'évaluation quantitative de la compatibilité voluinétrique et de la sensibilité à la fissuration des matériaux de réparation en fonction de leurs propriétés individuelles. Le bilan de cette recherche permet, pour les matériaux utilisés dans les conditions établies en laboratoire, d'entrevoir une concordance entre l'approche quantitative théorique avancée et les résultats expérimentaux. Toutefois, l'approche en question nécessite d'être développée davantage afin de prendre en considération d'autres paramètres et ce, en vue de définir les critères de performance des matériaux de réparation en conditions de retrait restreint. Ainsi, l'approche théorique évaluant la performance (en tenues de compatibilité) des bétons en fonction de leurs propriétés individuelles contribuera, dans la pratique, au développement des matériaux de réparation à faible sensibilité à la fissuration.

La dégradation des infrastructures routières en béton armé est un sujet préoccupant pour des organismes de gestion des ouvrages d’art comme le Ministère des Transports du Québec (MTQ). En effet, la croissance des charges et du volume de trafic routier combinée à l’exposition d’agents agressifs a mené à un vieillissement accéléré de certaines structures. En parallèle, les connaissances nouvelles dans le domaine des mécanismes de résistance, notamment l’effet d’échelle en cisaillement, questionnent la capacité de plusieurs structures à reprendre les charges dont les ponts à dalle épaisse sans armature de cisaillement. L’effondrement du viaduc de la Concorde en 2006, constitué en partie de dalles épaisses sans armature de cisaillement, a mis en évidence la nécessité de mettre en place et développer des techniques de renforcement en cisaillement adaptées à ce type de structure. Une méthode a été étudiée à l’Université Laval qui consistait à introduire des barres d’armature verticales enduites d’époxy dans des trous percés depuis la face supérieure de la structure. Le projet actuel pousse plus loin l’expérience en étudiant un espacement longitudinal différent et en incluant diverses méthodes d’ancrage pour les barres verticales. Pour réaliser cette étude, cinq tranches de dalle de géométrie identique ont été construites. Chacune de celles-ci ont ensuite été renforcées selon les diverses techniques. L’ensemble des corps d’épreuve a été soumis à des essais de flexion en trois points pour déterminer le comportement sous sollicitation en cisaillement. Parallèlement, des tests d’arrachement ont été effectués pour caractériser l’ancrage chimique époxydique utilisé. Les résultats montrent que, parmi les méthodes de renforcement étudiées, les deux méthodes nécessitant un perçage depuis la face inférieure des corps d’épreuve sont trop complexes à mettre en place en comparaison au gain de résistance obtenu. Également, on conclut que les ancrages mécaniques sont moins performants que les ancrages chimiques. Plus encore, avec un espacement longitudinal adéquat, l’utilisation de barres enduites d’époxy insérées depuis la face supérieure d’une dalle engendre un comportement structural similaire à celui d’une dalle avec des étriers standards conformes à la norme en vigueur (CAN/CSA-S6-06, 2006). La dispersion des fissures et la réserve de capacité suite à la rupture montrent que cette méthode a beaucoup de potentiel. / The degradation of concrete infrastructure is a major concern for organizations such as the Ministère des Transports du Québec (MTQ) which is managing a large network of bridges and transport infrastructure. In recent decades, growth in loads and volume of traffic combined with exposure to aggressive agents caused a rapid deterioration of some of these structures. In parallel, the knowledge in the field of resistance mechanisms, including the scale effect in shear, question the capacity of several structures, such as thick slab bridges without shear reinforcement, to handle traffic loadings. The collapse of the Concorde overpass in 2006, initiated at a thick slab portion without shear reinforcement, highlighted the need to develop a strengthening technique for shear for this type of structure when appropriate. A method was tested at Laval University where vertical reinforcing bars coated with epoxy where inserted in holes drilled from the top face of the structure. The current project furthers the experience by studying a different longitudinal spacing including various methods for anchoring the vertical bars. For this study, five slices of slab with identical geometry were built. Each of these slabs was then reinforced by the various techniques studied. The set of test bodies were loaded in a three-point bending set up to determine the behavior under shear. Meanwhile, pull-out tests were performed to characterize the chemical epoxy anchor used. The results show that both methods requiring drilling from the underside of the slabs tested are too cumbersome to be implemented relative to the resistance gain obtained. Also, the study showed that mechanical anchors are less efficient than chemical anchors. More so, it was found that with an adequate longitudinal spacing, epoxy coated bars inserted from the slab top surface provided a slab behavior similar to the one with stirrups in accordance with the relevant standard (CAN/CSA-S6-06, 2006). The dispersion of cracks and observed reserve capacity following the failure shows that this method has great potential.

La gestion des infrastructures routières en béton armé pose un problème important en Amérique du Nord. En effet, en plus de la dégradation des ouvrages causée par le vieillissement usuel (effet mécanique et exposition aux agents agressifs), la croissance des charges et du volume du trafic routier depuis la conception de ces ouvrages a entrainé une accélération de cette dégradation. Qui plus est, l'intégration récente dans les équations de calcul de résistance de certains mécanismes, notamment l'effet d'échelle en cisaillement amène des interrogations sur la capacité en cisaillement de certains types d'ouvrages, notamment les dalles épaisses sans armature de cisaillement. Suite à l'effondrement du Viaduc de la Concorde en 2006, une structure à dalle épaisse sans armature de cisaillement, le Ministère des Transports du Québec (MTQ), conjointement avec l'Université Laval, a entrepris une étude sur le renforcement en cisaillement de dalles épaisses (sans armature de cisaillement). La méthode étudiée consiste à insérer des barres d'armature crénelées dans des trous verticaux préalablement injectés d'époxy et percés à partir de la face supérieure des dalles. Pour réaliser cette étude, trois groupes de dalles de geometries différentes ont été confectionnés. La moitié de ces dalles a alors été renforcée avec la méthode décrite précédemment tandis que les autres dalles agissaient à titre de dalles témoins. L'ensemble des dalles a ensuite été soumis à des essais de flexion en trois points pour en déterminer le comportement sous sollicitation en cisaillement. Les résultats obtenus démontrent qu'un renforcement en cisaillement à l'aide de barres d'armature droites permet d'augmenter la charge et la flèche atteinte à l'ultime. Un tel renforcement permet aussi d'observer des fissures de cisaillement à une charge bien inférieure à la charge ultime, ce qui n'est pas le cas pour les dalles non renforcées, dont la rupture en cisaillement survient dès l'apparition d'une fissure de cisaillement. L'étude des dalles ainsi renforcées permet également d'observer un comportement post-pic beaucoup plus fragile que celui rencontré pour des dalles renforcées de façon usuelle en cisaillement avec des étriers fermés conventionnels.