The use of steel frame/wood panel shear walls as a seismic force resisting system (SFRS) in residential and/or commercial buildings is expected to increase in the future. At the moment, in Canada, however, no specific guidelines in line with the seismic provisions of the National Building Code of Canada (NBCC) exist with which the engineer can design a building consisting of these shear walls. An extensive research program has therefore been undertaken at McGill University to develop a design method through the testing of different configurations of steel frame/wood panel shear walls loaded with monotonic and reversed cyclic protocols. A total of 16 wall configurations (109 walls) were tested over the course of the study. The CUREE Ordinary Ground Motions loading protocol was selected to represent the reversed cyclic regime because it was found to best correspond to the demand that would be imposed on a steel frame I wood panel shear wall during a typical seismic event. / The analysis of test results in order to extract the principal design information was carried out using an Equivalent Energy Elastic-Plastic (EEEP) model. A ductility related (Rd) and an overstrength related (Ro) force modification factor are required for the calculation of equivalent static seismic loads following the 2005 NBCC design provisions. Values of Ro = 1.8 and Rd = 2.5 have been determined and are recommended on a preliminary basis. / The Stewart hysteretic model was found to best represent the strength and stiffness characteristics of a steel frame/wood panel shear wall component. The subsequent evaluation of building models that incorporate the Stewart model using non-linear time history dynamic analyses could then be carried out to validate the assumptions made by the EEEP method on the system ductility and the corresponding force modification factors.

Geosynthetics that are usually made of Poly(vinyl) Chloride (PVC) are used as components of engineered barriers in landfill applications. As a component of an engineered barrier scheme, it is used to mitigate the migration of hazardous and toxic mixtures of chemicals that can diffuse through the clay layer in the engineered barrier. The integrity of the geosynthetic layers that are in frequent contact with these chemicals is therefore of interest to the overall waste containment strategy. This thesis conducts a coordinated investigation that will allow the characterization of the deformability properties of geosynthetic materials, subjected to various levels of exposure to ethanol. Chemical alteration can take place by modifications to the fillers or plasticizers that contribute to both strength and ductility of the geosynthetics. The uniaxial tests conducted on a chemically-treated PVC geosynthetics, exposed to ethanol, point to the reduction in flexibility or embrittlement of the material. The results of the experiments conducted in connection with this research program indicate that, in its natural condition, the PVC geosynthetic is capable of undergoing moderately large strains, the constitutive behaviour of which can be modelled through the phenomenological hyperelastic theories by appealing to a strain energy function of the Mooney-Rivlin form. Unlike natural rubber at moderately large strains, which is virtually void of irreversible phenomena and strain-rate effects, the PVC geosynthetic exhibits a strong rate-dependency and irreversible effects; furthermore, the irreversible strains themselves can be within the realm of moderately large strains. The chemically-treated PVC geosynthetic, however, displays a dominant yield behaviour after chemical exposure: the material completely loses its large-strain deformability characteristics after prolonged chemical exposure. X-ray fluorescence techniques point to the loss of the plasticizer a / In general, the constitutive model development for both the untreated and chemically-treated PVC results in correlations of satisfactory quality that permits the use of the models in the study of boundary value problems involving the indentation of PVC geosynthetic membranes. It serves as a useful method for calibrating the constitutive responses of the PVC geosynthetic determined from conventional uniaxial testing and provides a useful assessment of the out-of-plane deformability of PVC geosynthetic as a result of the loss of flexibility due to chemical exposure. The success of reasonable predictions of the experimental response by computational modelling then allows a further simulation of the situations that involve localized loading of PVC geosynthetics during either placement and construction or during the operation of the landfill, particularly in situations susceptible to chemical exposure.

This thesis presents the development of an experimental methodology to determine the fluid transport characteristics of geomaterials whether they are homogenous or inhomogeneous and directionally dependent. The experimental concepts, set up and procedures for different configurations of permeability testing are discussed. In this research, a steady state technique is deployed to evaluate the permeability characteristics of Indiana Limestone, which can exhibit hydraulic properties that are non-isotropic and an associated solution to analyze experimental data in steady state permeability test conditions is established. The developments presume that one of the principal directions of hydraulic conductivity coincides with the axis of the cylindrical specimen that is being tested. / The experimental procedure involved testing cylindrical samples of the Indiana Limestone of 100 mm diameter and about 60 mm height subjected to steady state flow configurations in the axial and radial directions. The results of certain preliminary tests show that the intrinsic permeability of Indiana Limestone is in the order of 1E-15 m² and exhibits some extent of anisotropy: the ratios of the permeability in the vertical direction and bedding direction range from 1.8 to 2.6. / Cette thèse présente le développement d'une méthode expérimentale de détermination des caractéristiques de transport fluide des géomateriaux (homogènes ou non homogènes et dépendants de la direction). Elle décrit les concepts, installations et procédures expérimentaux pour différentes configurations d'essai de perméabilité. Dans cette étude, une technique d'évaluation des caractéristiques de perméabilité à l'état d'équilibre est développée. Elle est appliquée au calcaire de l'Indiana car il peut montrer des propriétés hydrauliques non-isotropes. Il est également établi des solutions combinant les résultats analytiques et résultats de calculs par éléments finis pour analyser les données expérimentales des tests de perméabilité en régime permanent. Ces investigations font l'hypothèse qu'une des principales directions de la conductivité hydraulique coïncide avec l'axe de l'éprouvette cylindrique qui est testée. / Le procédé expérimental consiste à examiner les échantillons cylindriques du calcaire de l'Indiana (diamètre de 100 mm et longueur d'environ 60 mm) qui sont soumis à des configurations d'écoulement en régime permanent dans les directions axiales et radiales. Les résultats de certains tests préliminaires montrent que la perméabilité intrinsèque du calcaire de l'Indiana est de l'ordre 1E-15 m² et la mesure de l'anisotropie du rapport de la perméabilité dans la direction verticale et la direction de stratification varie de 1.8 à 2.6.

Seismic design provisions for cold-formed steel sheathed (CFS) shear walls are not available in the NBCC or in the CSA-S136 Standard. This limits engineers in designing with such walls in seismic zones across Canada. The objective of this research was to develop design provisions for steel sheathed shear walls constructed with CFS framing. / To develop such standards, 54 walls of various configurations were tested at McGill University in the summer of 2008. The walls varied in framing and sheathing thickness, detailing and aspect ratio. The tests carried out at McGill were used to obtain design values for Canada and to confirm the US values that are listed in the AISI S213 Lateral Design Standard. / There were two types of tests carried out; monotonic and reversed cyclic. The monotonic tests consisted of a static load simulation to eliminate any strain rate effects and the wall specimen was pushed laterally to its limits. The second type of test followed the CUREE reversed cyclic protocol where the wall was loaded laterally in both directions following a series of increasing displacement amplitudes up to failure. / Test results were incorporated with data obtained from the US to determine nominal shear resistance values, corresponding resistance factor, overstrength and ductility factors as well as seismic force modification factors. The test data was analyzed using the Equivalent Energy Elastic-Plastic (EEEP) approach which provides an equivalent bi-linear elastic plastic curve to the non linear behaviour exhibited by shear wall tests by considering the total energy dissipation. Based on the test results, a material resistance factor, phi, of 0.7, an overstrength value of 1.4, a ductility-related force modification factor, Rd, of 2.5 and an overstrength-related force modification factor, Ro, of 1.7 are recommended. / Dynamic analysis of multi-storey structures was carried out to validate the recommended R-values and to determine height limits. According to FEMA P695, which provides a methodology for determining the lateral performance of lateral framing systems, the test based seismic force modification factors were shown not to provide an acceptable level of safety against collapse. Subsequent analyses resulted in a recommendation of an Rd value of 2.0 and an Ro value of 1.3. A maximum height limit of 15m is also proposed. / Les dispositions séismiques pour la conception de murs de refends en acier laminé à froid ne sont pas disponibles dans le Code National du Bâtiment de Canada (CNBC) et la norme CSA S136 de l'Association Canadienne de Normalisation. Cela limite la capacité des ingénieurs à concevoir de tels murs dans les zones à activité sismiques à travers le Canada. Le but de cette recherche était de développer ces dispositions de conception sismique pour les murs de contreventements en acier laminé à froid. / Pour développer de tels directives, 54 murs de configurations diverses furent testés à l'université McGill au cours de l'été 2008. Ces configurations variaient l'epaisseur des colombages et l'épaisseur des panneaux d'acier ainsi que les arrangements et espacements des connexions et la longueur de murs. Les tests menés à McGill furent utilisés pour obtenir les valeurs nécessaires à la conception au Canada et à confirmer les valeurs des États-Unis listées dans le AISI S213 Lateral Design Standard. / Deux types de tests furent menés, soit à chargement monotone et cyclique-réversible. Les tests à chargement monotone consistaient en une simulation à chargement statique afin d'éliminer tout effet de déformation et les murs furent poussés latéralement jusqu'à leurs limites. Le second type de test suivit le protocole de chargement cyclique-réversible de CUREE où les murs furent chargés latéralement vers les deux directions suivant une série de déplacements à amplitudes croissantes menées jusqu'à l'effondrement. / Les résultats des tests furent incorporés avec les données obtenues des États-Unis pour déterminer les valeurs nominales de résistance en cisaillement, les facteurs de résistance correspondants, la sur-résistance et les facteurs de ductilité ainsi que les facteurs de modification de force séismiques. Les données des tests furent analysées en utilisant la méthode équivalente de l'énergie élasto-plastique (EEEP) qui fournit une courbe équivalente bilinéaire d'élasticité plastique au comportement non-linéaire démontré par les tests des murs de contreventements en acier laminé à froid en tenant compte le la dissipation totale d'énergie. En se basant sur les résultats de ces tests, un facteur de résistance de matériel, phi, de 0.7, une valeur de sur-résistance de 1.4, un facteur de modification de force relié à la ductilité, Rd, de 2.5 et un facteur de modification de force relié à la sur-résistance, Ro, de 1.7 sont recommandés. / Une analyse dynamique sur des structures à multiples étages fut menée pour valider les facteurs de modification de la charge sismique recommandés et pour déterminer les limites d'hauteur. Selon le FEMA P695, qui fournit une méthodologie pour déterminer les performances latérales des systèmes à charpente latéral, les facteurs de modification de force sismique basé sur des tests n'ont pas prouvé fournir un niveau acceptable de sécurité contre l'effondrement.

This thesis presents the laboratory techniques that were used to determine the permeability of intact and fractured Indiana Limestone. The cylindrical samples used in the experiments measured 100mm in diameter and 200mm in height with concentric axial cylindrical cavities of 23mm diameter along the entire length of the specimen. The permeability of the intact samples was determined by subjecting the sample to radial water flow until the inner pressure of the water-filled cavity reached a steady state. 6 to 18 tests were performed on each sample using different flow rates to obtain an average value of the permeability for each intact specimen of Indiana Limestone. The permeability of the intact specimens ranged from 0.9×10-15 m2 to 1.9×10-15 m2. A flat fracture perpendicular to the axis of the cylindrical samples was introduced; the change of the permeability of the fractured samples with quasi-cycled axial loading was determined. The same steady state constant flow test was used and the change in fracture aperture size was recorded. An initial increase in permeability of around 5 orders of magnitude was observed at the beginning of the first loading cycle and significant irreversible reductions of the fracture permeability were observed after each cycle. The fractures were finally sealed with anchoring gel epoxy and the permeability of the sealed samples was compared with those values for the intact samples. / Cette thèse présente les techniques expérimentales utilisées pour déterminer la perméabilité du Calcaire d'Indiana en état intact ainsi que fracturé. Des échantillons cylindriques de 200mm de longueur et de 100mm de diamètre avec des cavités concentrique axiales cylindriques de 23mm de diamètre étaient utilisés. La perméabilité des échantillons intacts a été déterminée en appliquant un écoulement d'eau radial à travers les spécimens jusqu'à l'obtention d'une pression de cavité interne constante. 6 à 18 tests ont été effectués sur chaque échantillon en utilisant plusieurs débits pour obtenir une valeur moyenne pour la perméabilité de chaque échantillon de Calcaire d'Indiana. La perméabilité des spécimens intacts obtenue s'étend entre 0.9×10-15 m2 et 1.9×10-15 m2. Une fracture perpendiculaire à l'axe des spécimens cylindriques a été introduite et le changement de la perméabilité à cause d'efforts quasi-cycliques a été déterminé. Le même genre d'expériences (débit constant) utilisé avec les échantillons intacts a été utilisé avec les échantillons fracturés et le changement de la taille des fractures a été enregistré aussi. La perméabilité des spécimens fracturés augmenta d'environ 5 ordres de magnitude au début du premier cycle d'effort appliqué et une chute irréversible de la perméabilité des fractures a été remarquée à la suite de chaque cycle. Finalement, les fractures ont été scellées avec de l'époxy pour ancrage et la perméabilité des échantillons "intacts" a été comparée avec la perméabilité initialement obtenue des échantillons de Calcaire d'Indiana.

In cold climate regions, overhead transmission lines are prone to atmospheric icing which can be a source of several dynamic effects. The work presented in this study is concerned with accurate numerical modelling of the propagation or progression of ice shedding phenomena following an initial trigger such as a controlled shock load applied locally with a cable de-icing device, or uncontrolled shocks due to cable rupture or random ice dropping. An improved ice failure model for glaze ice cylindrical deposits on a stranded wire is proposed to study ice shedding effects. The model is verified with the results of forced ice shedding experiments on a reduced-scale single-span model tested by Kálmán (2007) at CIGELE Laboratory of Université du Québec at Chicoutimi (UQAC). The physical model is a 4 m span of a 4.1 mm diameter flexible stainless cable with an initial sag-to-span ratio of 6%. In the present study, the ice deposit is assumed elastic-plastic and the failure criterion is based on maximum normal strains; the numerical results are in better agreement with the experimental data as compared to the previous study by Kálmán (2007) who assumed a maximum normal stress failure criterion. The challenge is to predict not only the fracture of the ice deposits but also whether the fractured deposits will remain attached to the conductor or will fall off. In the tests, iced spans (loaded with different ice thicknesses) were subjected to a concentrated shock load applied at the mid span. Commercial software ADINA is used to simulate the nonlinear dynamic response of the iced cable to the shock load and subsequent ice-shedding transient effects.This new iced cable model and failure criterion is implemented to conduct numerical simulations of real-scale single spans subjected to shock loads, and the results are compared with previous work by Kálmán (2007).Following the improved performance of the new ice failure model, it has been applied to the case study of a Hydro-Québec 120 kV two-circuit line section that failed during an ice storm event in the spring of 1997. This line has suffered two conductor ruptures that initiated the subsequent failure of two suspension structures. A nonlinear dynamic analysis is performed which considers ice-shedding effects following the conductor ruptures. The results are compared with those of Lapointe (2003) who considered only conductor rupture effects on the fully iced line section. / En régions froides, les lignes aériennes de transport sont exposées au givrage atmosphérique qui peut devenir la source de plusieurs effets dynamiques. Cette étude porte sur la modélisation numérique de la progression des phénomènes de délestage de glace des conducteurs de ligne suivant l'application d'un choc mécanique local généré par un dispositif de dégivrage de câble, ou l'effet des chocs non contrôlés dus à la rupture de câbles ou au délestage aléatoire naturel de la glace. Un modèle amélioré pour simuler la rupture du manchon cylindrique de glace accumulé sur un câble est proposé dans cette étude et vérifié à l'aide de résultats expérimentaux obtenus par Kálmán (2007) sur un modèle réduit d'une portée unique au laboratoire CIGELE de l'Université du Québec à Chicoutimi (UQAC). Le modèle physique a une portée de 4 m et est composé d'un câble en acier inoxydable flexible de 4.1 mm de diamètre avec un rapport flèche/portée de 6%. Dans le modèle proposé, le dépôt de glace est supposé élastique-plastique et le critère de rupture est basé sur les déformations normales; les résultats des simulations numériques sont en meilleur accord avec les données expérimentales que celles de l'étude précédente de Kálmán (2007) qui utilisait un critère de rupture basé sur les contraintes normales. Le défi des simulations numériques du délestage de glace est de prévoir non seulement la fissuration des dépôts de glace mais également si leur détachement est complet du conducteur. Lors des essais, des portées de câble glacé (chargées avec différentes épaisseurs de glace) ont été soumises à un choc appliqué à mi-portée. L'étude utilise le logiciel commercial ADINA AUI 8.5 pour simuler la réponse dynamique non linéaire du câble glacé suite au choc appliqué. Le nouveau critère proposé pour la rupture du dépôt de glace est ensuite utilisé pour simuler la réponse de portées uniques à l'échelle réelle soumises à des chocs appliqués à mi-portée, et les résultats sont comparés à ceux de l'étude de Kálmán (2007).Finalement, le modèle amélioré a été appliqué à l'étude du cas d'une section de ligne biterne à 120 kV d'Hydro-Québec qui a été endommagée lors d'une tempête de verglas en 1997. Cette ligne de ligne a subi deux ruptures de conducteur qui ont causé l'effondrement de deux pylônes de suspension. Cet événement avait été déjà été modélisé par Lapointe (2003) mais sans la possibilité de tenir compte du délestage de glace suite aux chocs de rupture des conducteurs.

Incompressible hyperelastic materials are used extensively in construction and manufacturing and are often reinforced with fibers aligned in a single direction. There are numerous mathematical constitutive models that are used to model the behavior of hyperelastic materials but few of them have been accurately applied to reinforced hyperelastic materials. The goal of this work is to develop a simple model that will allow a researcher to predict the effective shear modulus of a reinforced hyperelastic material in plane strain and model the material as if it were a homogenous material. A series of computational simulations were performed with reinforced hyperelastic materials and the data was used to develop predictive formulae. The formulae were then applied to the reinforcement of a rubber automobile bushing.

This thesis describes the experimental configuration and theoretical and computational techniques used to estimate the surface permeability of Indiana Limestone. The experimental procedure involves the application of a uniform flow rate to an open central region of a sealed annular patch. The law governing fluid flow within the porous medium is described by Darcy's Law which relates the steady flow rate to the steady state pressure within the central region. Both theoretical and computational models can be used to determine the distribution of intrinsic surface permeability of the cuboidal Indiana Limestone sample measuring 508 mm. Using the surface data and an inverse analysis, the spatial permeability distribution within the sample is determined. The spatial distribution can then be used to estimate the effective permeability of the tested block. The effective permeabilities are also estimated using theoretical relationships found in the literature and the spatial values obtained from surface data and the inverse analysis. / Cette thèse présente la configuration expérimentale ainsi que les techniques théoriques et numérique utilisées pour l'estimation de la perméabilité superficielle du Calcaire d'Indiana. La procédure expérimentale consiste en l'application d'un débit d'eau constant à la région centrale ouverte d'un ‘patch' annulaire. Les lois qui définissent l'écoulement d'eau à travers des milieux poreux sont décrites par la loi de Darcy qui relie le débit constant d'un fluide à l'obtention d'une pression constante de ce fluide dans la région centrale. Les deux modèles (théorique et numérique) peuvent être utilisés pour déterminer la distribution de la perméabilité superficielle intrinsèque dans l'échantillon cubique de Calcaire d'Indiana qui mesure 508 mm de côté. Les données superficielles et l'analyse inverse sont utilisées pour déterminer la distribution spatiale de la perméabilité dans l'échantillon. Cette distribution spatiale permet l'estimation de la perméabilité effective de l'échantillon. La perméabilité effective est aussi estimée en appliquant les données spatiales obtenues avec les données superficielles et de l'analyse inverse dans des relations théoriques trouvées dans la littérature.

Carbon dioxide (CO2) is one of the major greenhouse gases and its significantly increasing emission may lead to higher temperatures and cause climate change. The sequestration of CO2 becomes crucial in stabilizing the greenhouse gas concentration in the atmosphere. / The objective of this research is to examine the feasibility of using calcium silicate concrete to absorb CO2 in a flue gas collected from a cement plant and to investigate the effects of material compositions and process conditions on the CO2 uptake. The influencing factors include cement properties such as porosity, chemical component, pre-setting and post-curing as well as reaction parameters like CO2 concentration, moisture, exposed time, injection and releasing procedures and thickness of the compact. The interaction mechanisms are discussed. / Results of mass gain are verified by infrared CO2 analysis. The typical mass gain for a cement paste compact is about 9% with a blend gas of 25% CO2 concentration, 5 bars pressure and 2 hours exposure using a multiple injection/release procedure. Under the same carbonation conditions, the as-captured flue gas with 13.6% CO2 concentration in 20 hours curing generates a mass gain of around 8%. The maximum possible CO2 uptake was investigated using the powder samples carbonated in a multiple step process at the best conditions. It is approximately 17% by the use of a blend gas of 25% CO2 concentration and 13.5% by the use of CO 2 + N2 gas of 25% CO2 concentration. The microstructures of the carbonated cement and concrete examined using SEM demonstrate that the material is composed of mostly amorphous or poorly crystalline forms of calcium carbonate incorporated into the hydration products. The pressure drop is employed to predict the mass gain and the remaining CO2 content in the gas. The prediction compares well with the experimental results.

Community-managed initiatives play an important role in global efforts to meet the Millennium Development Goal for water supply provision of halving the population without access to improved water sources, especially in developing countries. However, in the context of growing urbanisation, these community-managed projects are increasingly intersecting urban areas that by their very nature are at odds with traditional rural community-based management practices. This research examines the case of a small community-managed water supply scheme in Buea, a rapidly growing urban area in Cameroon. The study adopted qualitative research methods (household questionnaires and interviews of community water management and users) and applied choice experiments to better understand the sustainability challenges facing community-managed water supply projects in an urbanizing setting, a phenomenon of growing importance in many developing areas. This thesis presents and discusses the findings that in urban areas, community-managed schemes face added management and planning pressures because of larger, more diverse, populations and rapid population growth. Therefore they require greater support from government, non-governmental organisations, and development agencies to provide them with improved technical planning capacity and post-construction operation and maintenance support. Furthermore, urban community-managed schemes require strong political and institutional support to uphold their participatory mechanisms that due to the urban context are at risk of failure. Lack of participation has the added consequences of reducing accountability, reducing cost recovery, and impairing financial sustainability. Based on the results of this research in Buea, failing the provision of support, the future of community-managed schemes in urban areas is an unsustainable one, reneging on the Millennium Development Goals and forcing a return to "unimproved" sources of water. / Les projets gérés par les communautés jouent un rôle important dans les efforts mondiaux pour atteindre l'Objectif du Millénaire pour le Développement rélatif à l'approvisionnement en eau, en particulier dans les pays en voie de développement. Toutefois, dans le contexte de l'urbanisation croissante ces projets de développement communautaires se trouvent de plus en plus dans les zones urbaines qui, par leur nature même, sont en conflit avec les notions et pratiques traditionnelles de la gestion communautaire rurale. Cette recherche examine le cas d'un projet de gestion communautaire pour l'approvisionnement de l'eau à Buea, une région en pleine expansion urbaine au Cameroun. L'étude a adopté des méthodes de recherche qualitative et a appliqué la modélisation de choix pour mieux comprendre les défis auxquels font face les projets de gestion communautaire d'approvisionnement en eau dans un contexte urbain, phénomène en pleine expansion dans de nombreuses régions en voie de développement. Les résultats de cette thèse font apparaitre que le contexte urbain rajoute des exigences aux processus de planification et de gestion. Ce qui nécessite un plus grand soutien de la part du gouvernement, des organisations non-gouvernementales, et des agences de développement pour améliorer les capacités techniques de planification ainsi que le fonctionnement et l'entretien des réalisations post-construction. En outre, les projets de gestion communautaires en milieu urbain ont aussi besoin de l'appui politique et institutionnel ferme pour assurer la durabilité de leurs mécanismes de participation qui sont de plus en plus difficiles à soutenir en zone urbaine et sans lesquels la viabilité financière de ces projets est mise en doute. A défaut d'appui, l'avenir des projets communautaires d'approvisionnement de l'eau dans les zones urbaines risque d'être compromis, affectant la réalisation des Objectifs du Millénaire pour le Développement et obligeant un retour aux sources d'eau insalubres.