Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2006. / Titre de l'écran-titre (visionné le 18 septembre 2007). Bibliogr.

La méthode de renforcement des ouvrages en béton par collage de matériaux composites est une pratique qui connaît actuellement un essor important. Dans cette optique, nous nous proposons d'apporter une contribution à l'analyse du comportement des dalles en béton armé renforcées par matériaux composites. Après avoir examiné les limites technologiques des différentes techniques de renforcement, le bilan bibliographique repose sur l'analyse des méthodes proposées pour le calcul et le dimensionnement des structures renforcées, en particulier dans le cas des dalles en flexion où les efforts sont transmis au renfort composite d'une manière bidirectionnelle. <br /><br />Dans ce contexte, un protocole expérimental a été mis au point afin d'évaluer les performances des diverses théories développées pour prédire la rupture des composites. Cette étude a démontré l'efficacité du critère de Tsai-Wu à prédire la résistance du composite stratifié carbone/époxy étudié. <br /><br />Dans un second temps, nous avons élaboré une procédure théorico-expérimentale portant sur l'évaluation du gain en résistance des dalles renforcées par matériaux composites ainsi que les paramètres influençant le comportement en rigidité. L'ensemble des résultats a mis clairement en évidence l'influence du composite en particulier sur la capacité portante de la dalle qui peut être augmentée jusqu'à cinq fois.<br /><br />L'analyse des modes de rupture obtenus expérimentalement confirme que la ruine de la structure se produit essentiellement par poinçonnement. En conséquence, notre travail s'est orienté vers l'analyse du comportement des dalles renforcées vis-à-vis du poinçonnement. Parmi les différents modèles proposés pour prédire la résistance au poinçonnement des dalles BA, les prédictions du modèle de Menètrey approchent le mieux les valeurs expérimentales. La dernière partie de l'actuel travail concerne la modification du modèle de Menétrey afin de considérer l'effet du composite sur la résistance des dalles renforcées au poinçonnement.

Le gouvernement québécois souhaite valoriser l’utilisation de l’aluminium et du bois d’ingénierie dans la construction et dans la réhabilitation d’ouvrages d’art. Dans le cadre de la vision à court terme des projets de construction, le bois et l’aluminium sont encore aujourd’hui désavantagés. Pourtant, ces deux matériaux pourraient devenir des matériaux concurrentiels pour la réhabilitation du parc routier québécois notamment grâce à leur production locale et leur possibilité de recyclage. Afin d’éviter une vision court-termiste biaisée, la méthode d’arbitrage utilisée est celle de l’analyse de cycle de vie. Cette méthode holistique prend en compte l’ensemble des étapes du cycle de vie. Deux analyses sont réalisées en parallèles. La première concerne les coûts de cycle de vie (ACCV) et la deuxième, les impacts environnementaux (ACV). Ces deux études complémentaires ajoutent une dimension environnementale, aujourd’hui non négligeable, aux futures prises de décision. La première étape de ce projet consiste en la conception du tablier de pont hybride à platelage en aluminium sur poutres en bois lamellé-collé à l’aide de la norme CAN/CSA S6-14 (CSA,2014b). Le pont-type ainsi conçu est par la suite utilisé au cours des analyses de cycle de vie. L’analyse économique se fait à l’aide de la norme ISO 15686-5 (ISO, 2017). L’analyse des impacts environnementaux se fait, elle, à l’aide de le norme ISO 14040 (ISO, 2006a) et 14044 (ISO, 2006b). L’utilisation du bois ainsi que le faible nombre d’opérations d’entretien rendent le tablier aluminium/bois plus avantageux économiquement sur toute sa durée de vie. Les tabliers conventionnels béton/acier assurent une nette diminution des coûts de construction initiaux mais cette tendance s’inverse très vite. Le préfabrication possible des tabliers de pont aluminium/acier et aluminium/bois réduisent les coûts indirects de construction. Ainsi, les tabliers de pont aluminium/bois réduisent de 86 % le coût total du tablier par comparaison avec des tabliers conventionnels. Au niveau des indicateurs environnementaux, le tablier aluminium/bois est également à privilégier. / The Quebec Gouvernment wishes to promote the use of wood and aluminium in the construction and rehabilitation of structures. In the context of the short-term vision of construction projects, wood and aluminium are clearly disadvantaged. However, aluminium and glued laminated timber could become competitive materials for the rehabilitation of the Quebec roadway bridges, in particular thanks to their local production in Quebec and their possibility of recycling. In order to avoid a biased short-term view, the method of arbitration used is that of life cycle analysis. This holistic method makes it possible to take into account all life-cycle stages. Two analyzes are carried out in parallel. The first concerns life cycle costs and the second concerns environmental impacts. These two studies complement each other and add a environmental dimension, which is not negligible today, on decision-making. The first stage of this project consists of the design of the hybrid bridge deck aluminium on glued laminated timber beams using the CAN / CSA S6-14 standard. The bridge-type thus designed is subsequently used during life cycle analyzes. The economic analysis is done using the ISO 15686-5 standard (2017). The environmental impact analysis is done using the ISO 14040 and 14044 standards (2006). The use of wood and aluminium as well as the low number of maintenance operations make the aluminum/wood deck more economically advantageous over its entire lifespan. Conventional concrete/steel decks provide a clear reduction in initial construction costs, but this trend is reversed very quickly. The possible prefabrication of aluminium/steel and aluminium/ wood bridge decks reduces indirect construction costs. Thus aluminium/ wood bridge decks reduce 86 % of the total cost of the conventional bridge deck. In terms of environmental indicators, the aluminium wood/decki s also to be favored

Les structures en bois sont une bonne solution pour la construction de bâtiments multiétages. Le bois est reconnu pour son aspect architectural, pour son empreinte écologique faible ainsi que pour sa résistance mécanique. L’ajout d’une mince couche de béton connectée à l’aide de connecteurs de cisaillement sur une pièce de bois lamellé-collé ou bien un CLT permet d’augmenter considérablement la rigidité du plancher. Il est donc possible de construire sur une plus longue portée tout en respectant les critères de flèche d’État Limite de Service (ELS) et de résistances aux États Limites Ultimes (ELU). Ces solutions innovantes sont aussi moins sensibles aux vibrations puisqu’elles sont plus rigides. Le confort des usagers est donc amélioré. Cette thèse se concentre sur le développement d’une connexion de type entaille peu profonde adaptée aux dalles composites. Cette connexion est conçue afin d’obtenir un comportement initial rigide, puis une grande ductilité. Ceci est possible en utilisant le caractère ductile en compression du bois. Plusieurs configurations sont testées dans le CLT et dans le bois lamellé-collé. La profondeur de l’entaille varie. L’influence de la présence d’un isolant acoustique entre le bois et le béton est aussi quantifiée. Les premiers tests de cisaillement sur les différentes configurations ont montré de très bons résultats et des dalles CLT-BHP ont été coulées pour une portée de 8 m. Les dalles de CLT-BHP ont été conçues selon une approche multicritère afin de respecter les normes du Code National du Bâtiment du Canada et de maximiser certains facteurs considérés importants par le milieu de la construction tels l’épaisseur du plancher, le poids du plancher, le coût, etc. / Wooden structures are a good solution for building multi-story buildings. Wood is known for its architectural appearance, low footprint and mechanical strength. The addition of a thin layer of concrete connected using shear connectors to a piece of glued-laminated timber (GLULAM) or a Cross-Laminated Timber (CLT) considerably increases the rigidity of the floor. It is therefore possible to build longer span in building while respecting the Serviceability Limit States (SLS) deflection criteria as well as the Ultimate Limit States (ULS) bearing capacity. These innovative solutions are also less sensitive to vibrations since they are more rigid. The comfort of users is improved. This thesis focuses on the development of a shallow notch type connection suitable for composite slabs. This connection is designed to obtain a rigid initial behavior, followed by a big ductility. This is possible by using the compressive ductile nature of the timber. Several configurations are tested in CLT and GLULAM. The depth of the cut varies from 20 mm to 35 mm. The influence of the presence of an acoustic insulation between the timber and the concrete is also quantified. The first shear tests on the different configurations showed very good results. Three 8 m single span CLT-HPC slabs were cast. The CLT-HPC slabs were designed with a multi-criteria approach to meet the National Building Code of Canada (NBCC) standards and to maximize certain factors considered important by the building industry such as floor thickness, floor weight, the cost, etc.

Depuis les années 90, les architectes ont conçu des bâtiments fortement vitrés. Bien que la lumière naturelle soit plus qu'abondante, leur efficacité énergétique est toutefois questionnée. Pour réduire l'intensité énergétique dans les édifices à bureaux, une stratégie efficace réside dans le potentiel de la masse thermique contenu dans les planchers. Dans cette recherche, une dalle structurale de plancher fait en bois d'ingénierie le CLT (panneaux de bois lamellé-collé) est comparer à une dalle de plancher standard en béton. Le but de cette recherche est de comprendre la dynamique des dalles planchers en CLT et d'optimiser la performance énergétique d'un édifice à bureaux virtuels. Différents scénarios comprenant le pourcentage de verre en façade, les températures de consigne et la ventilation naturelle sont optimisés à l'aide du logiciel de simulation DEROB-LTH. Cette recherche présente les résultats de simulation énergétique pour l'intensité énergétique en chauffage et climatisation ainsi que les demandes de pointe pour un édifice à bureaux.

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.

Durant les années 1950 - 1970, il était assumé que le béton pouvait fournir une résistance adéquate pour assurer le bon comportement structural des dalles en béton armé sous des contraintes de cisaillement. Cependant, l'introduction récente de certains mécanismes, tels que le facteur d'échelle, a soulevé de nouvelles inquiétudes quant à la capacité structurale de ces éléments, plus particulièrement pour les infrastructures en béton armé qui sont vieillissantes et qui sont affectées par la réaction alcalis-silice (RAS). Dans le but d'évaluer ces préoccupations, une étude a été effectuée afin de déterminer la capacité à l’effort tranchant de sections de dalles épaisses en béton armé, sans étrier, et affectées à différents niveaux par la RAS. Un total de huit (8) corps d’épreuve en béton de 610 mm de largeur, 750 mm de hauteur et 4500 mm de longueur, ont été fabriqués et soumis à des conditions permettant le développement de la RAS. Les dalles épaisses présentant différents niveaux d’expansion (0,07, 0,15 et 0,23%) ont été testées structuralement jusqu’à leur rupture. Certaines d’entre elles ont également été soumises à un programme de caractérisation des matériaux afin de définir leurs propriétés mécaniques. Selon les conditions qui prévalaient dans le présent programme de recherche, il semble que la réaction alcalis-silice n’ait pas eu une influence néfaste sur la capacité en cisaillement des dalles testées, et ce, malgré que le matériau ait subi des niveaux d’endommagement parfois très sévère. L’analyse des résultats suggère que quatre (4) paramètres principaux peuvent influencer la résistance ultime à l’effort tranchant. Il s’agit des propriétés mécaniques du béton, de la précontrainte chimique causée par la réaction alcalis-silice (RAS), de l’espacement des fissures de cisaillement ainsi que la taille des particules de granulats. / During the 1950’s - 1970’s, it was assumed that concrete could provide adequate strength to ensure good structural behaviour of reinforced concrete slabs under shear stresses. However, new understanding of certain mechanisms, such as scale factors, has raised new concerns about the structural capacity, especially for aging concrete slabs affected by ASR. In order to assess those concerns, a study was carried out to determine the residual shear capacity of thick concrete slabs sections without stirrups, affected by ASR as a function of its development. Eight (8) concrete specimens, 610 x 750 x 4500 mm in size, were manufactured and subjected to conditions enabling ASR development. The thick slabs were tested up to failure at selected ASR expansion levels (0.07, 0.15 and 0.23%). Some of them have also been subjected to a material characterization program to define their mechanical property. According to the conditions prevailing in the present research program, it appears that ASR has not a detrimental influence on the shear capacity of the unreinforced tested slabs, despite the fact that the material has undergone severe damage. Analysis of the results suggests that four (4) main parameters can influence ultimate shear strength. These include the mechanical properties of the concrete, the chemical prestress caused by the alkali-silica reaction (RAS), the shear crack spacing as well as the size of the aggregate particles.

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.

Les charpentes de bois sont une alternative très intéressante pour la construction de bâtiments multiétages. Grâce à sa faible empreinte écologique, ses excellentes propriétés mécaniques et l’esthétisme de son produit fini, le bois est un matériau incontournable. En y ajoutant une mince dalle de béton collaborant, on permet de réduire considérablement l’épaisseur et le poids des planchers tout en respectant les critères de conception. Pour ce faire, le transfert des charges de la dalle de béton à la poutre de bois doit passer par les connecteurs. Différents types de connecteurs permettent ce transfert. Néanmoins, il est difficile de garantir un comportement rigide en service et une rupture ductile de la poutre. La ductilité du connecteur est un indicatif de l’aptitude de la structure à dissiper de l’énergie. Dans ce mémoire, le comportement d’un nouveau connecteur composite coulé en place sera décortiqué. Ce connecteur en béton fibré à ultra-haute performance (BFUP) et contenant un coeur en acier permet de garantir la rigidité et la ductilité. L’objectif de cette recherche est de vérifier et de valider le comportement du connecteur composite en variant les différents paramètres géométriques, soit le diamètre et la longueur. De plus, afin de confirmer la performance du nouveau connecteur, un essai de flexion sera réalisé sur des poutres de plancher type en comparaison avec un autre type de connecteur. Ces essais en laboratoire seront également validés à l’aide de méthode de calcul simple et plus complexe permettant de vérifier le comportement structural en service et à l’ultime. Finalement, ce mémoire explore le comportement d’une mince dalle de BFUP connectée à une poutre de bois lamellé-collé (BLC) d’une portée de 9 m. Les poutres composites bois-béton ont été conçues avec une approche multicritère simplifiée. Les résultats confirment le potentiel prometteur, en termes de poids et d’épaisseur globale, de l’utilisation du BFUP dans les futurs projets de bâtiment multi-étages / Timber framing is a very attractive alternative for the construction of multistory buildings. Thanks to its low ecological footprint, its excellent mechanical properties and the aesthetics of finished product. By adding a thin concerted concrete slab, the thickness and weight of the floors can be considerably reduced while respecting the design criteria. In order to succeed, the load must be transferred from the concrete slab to the timber beam by the shear connectors. Different types of connectors allow this transfer. Nevertheless, it is difficult to guarantee good stiffness in serviceability and ductile behaviour before the collapse of the structure. Ductility is an indicator of the ability of the structure to dissipate energy. In this master thesis, the behaviour of a new cast-in-place composite connector will be discussed. This ultra-high performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) with a steel core ensures stiffness and ductility. The aim of this research is to verify and validate the behaviour of the composite connector by varying the different geometric parameters, namely the diameter and the length. Furthermore, in order to confirm the performance of the new connector, a bending test will be carried out on typical floor beams in comparison with another shear connector. These laboratory tests will also be validated using a simple and complex calculation method to verify the structural behaviour in both Serviceability Limit States (SLS) and Ultimate Limit States (ULS). Finally, this thesis explores the behaviour of a thin slab of UHPFRC connected to a glued laminated timber (GLT) with a long span of 9 m. The TCC beams were designed with a simplified multi-criteria approach. The results confirm the promising potentials, in terms of weight and overall thickness, of using UHPFRC thin slab for future TCC multistory buildings.

Le béton fibré à ultrahaute performance (BFUP) est reconnu pour sa grande résistance en compression et sa grande ductilité. De plus, il est maintenant bien connu que le comportement du BFUP dépend grandement de l’orientation des fibres par rapport à la direction de sa sollicitation. Cependant, peu d’informations sont disponibles dans la littérature à propos de l’impact de la discontinuité locale des fibres causée par un défaut de coulage dans un mélange de BFUP. Dans ce mémoire de maîtrise, un protocole de laboratoire est développé afin de mesurer l’impact de la présence de défauts dans le béton fibré à ultrahaute performance. Ce protocole de laboratoire se base sur un système de mesures photogrammétriques de corrélation d’images digitales. Cette technique permet d’acquérir des mesures de déformations et de déplacements avec l’aide d’une paire de caméras numériques à haute résolution. Un post-traitement informatique des images prises lors de l’essai permet de récréer un modèle 3D de la surface de l’échantillon observé. Avec l’aide de cette nouvelle méthode de mesure, il est possible de présenter différents aspects du comportement non linéaire de ce matériel. Lors de ce projet, six dalles avec ou sans défaut ont été soumises à un effort flexionnel avec une charge ponctuelle. En développant un protocole de laboratoire adapté aux besoins de ce projet, la corrélation d’images numériques a permis d’obtenir des résultats très précis. Une attention particulière est portée sur l’impact des différents défauts sur le comportement mécanique global de la dalle et sur l’endommagement local lors de la fissuration. / Ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC) is well known for its great compressive resistance and its ductility. Furthermore, it is also well known that UHPFRC strongly depends on fibers’ orientations relatively to the direction of stresses. However, little is documented in the literature about the impact of local fiber discontinuity caused by casting defect. In this MSc thesis, a laboratory protocol is developed in order to measure the impact of the presence of defects in a UHPFRC slab on the mechanical response. This protocol is based on a system of photogrammetric measurement by digital image correlation (DIC). This technique allows the precise measure of the deformation as well as the displacement with help of a pair of high resolution digital camera. A computer-based post treatment analysis of these pictures is used to create a 3D model of the observed sample surface. With this new analysis method, it is possible to present different aspect of the non-linear behavior of this material. During this project, 6 different geometries of slab with and without casting defect were submitted to flexional stress by punctual loading. By developing a laboratory protocol adapted to this project, digital image correlation analysis gave a multitude of very precise results. A specific attention is made to the impact of the defect on the global mechanical behavior as well as the local damaging caused by the micro-cracks.