L'objectif principal de cette étude est de développer des outils de simulation numérique pour évaluer la vulnérabilité des constructions en maçonnerie sous chargements variés. Ainsi, le comportement de la maçonnerie non armée sous chargement monotone en macro- et micro-échelles est étudié. La simulation du comportement non linéaire du mur de maçonnerie avant et après le pic et la capture de son mécanisme de rupture sont les points centraux de ce travail. Tout d'abord, le mur de maçonnerie d'un panneau est remplacé par deux barres simples utilisant la stratégie des macros-éléments et un comportement tri-linéaire est proposé pour évaluer la résistance à la rupture de la paroi ainsi que son comportement avant et après le pic. L'absence de l'information sur le mécanisme de rupture du mur de maçonnerie et la relation entre le mécanisme de rupture et les propriétés mécaniques des éléments barres dans ce type de modélisation conduisent à opter pour une autre description de ces structures à savoir la stratégie de micro-modélisation. Dans cette stratégie, les unités et les mortiers sont modélisés séparément et l'ensemble du comportement inélastique du mur de maçonnerie est supposé se produire dans les mortiers. Par conséquent, une attention particulière sera accordée au développement d'une description fiable des propriétés matérielles de ces éléments à l'aide d'une loi constitutive précise. La représentation tridimensionnelle d'un mur de maçonnerie faite dans ce travail, améliore la capacité des méthodes actuelles pour prédire le comportement de la maçonnerie sous les deux chargements en plan et hors du plan. D'abord, des enveloppes de rupture comprenant la tension limite et la surface de charge de Mohr-Coulomb sont assignées à l'élément d'interface du code éléments finis GEFDyn. Ensuite, la loi de comportement est améliorée en ajoutant un seuil de compression aux surfaces de charge pour inclure l'endommagement en compression de la maçonnerie à travers l'élément d'interface. Dans le nouveau modèle élastoplastique, les écrouissages négatifs des seuils de traction et de compression ainsi que la cohésion du mortier sont pris en considération. La capacité des deux modèles pour reproduire le comportement avant et après le pic de la résistance au cisaillement du mur de maçonnerie est vérifiée en comparant les résultats numériques avec les données expérimentales. L'importance de l'interaction entre les seuils de compression et celui du cisaillement est montrée en comparant les résultats obtenus avec ceux d'un test réel. Les résultats ont révélé que le second modèle est capable de simuler le comportement du mur de maçonnerie avec une bonne précision. Ensuite, l'effet des propriétés géométriques de la paroi telles que l'existence d'une ouverture et l'élancement, les propriétés des mortiers comme la cohésion, la résistance en traction et la résistance en compression ainsi que la contrainte verticale initiale dans le mur, sur la résistance latérale et le mécanisme de rupture des murs de maçonnerie est démontré. En outre, afin de présenter l'état d'endommagement, des indices de dommage, portant sur la longueur totale des fissures dans différentes rangées et colonnes de mortiers sont introduits et comparés pour différentes configurations. Les longueurs de glissement et d'ouverture de fissures dans les mortiers horizontale et verticale respectivement, sont les paramètres les plus importants qui contrôlent le comportement du mur. Enfin, la relation entre les profils de fissuration différents et les propriétés des matériaux y contribuant sont résumées dans un tableau.

L’objectif principal de cette étude est de développer des outils de simulation numérique pour évaluer la vulnérabilité des constructions en maçonnerie sous chargements variés. Ainsi, le comportement de la maçonnerie non armée sous chargement monotone en macro- et micro-échelles est étudié. La simulation du comportement non linéaire du mur de maçonnerie avant et après le pic et la capture de son mécanisme de rupture sont les points centraux de ce travail. Tout d'abord, le mur de maçonnerie d’un panneau est remplacé par deux barres simples utilisant la stratégie des macros-éléments et un comportement tri-linéaire est proposé pour évaluer la résistance à la rupture de la paroi ainsi que son comportement avant et après le pic. L'absence de l'information sur le mécanisme de rupture du mur de maçonnerie et la relation entre le mécanisme de rupture et les propriétés mécaniques des éléments barres dans ce type de modélisation conduisent à opter pour une autre description de ces structures à savoir la stratégie de micro-modélisation. Dans cette stratégie, les unités et les mortiers sont modélisés séparément et l’ensemble du comportement inélastique du mur de maçonnerie est supposé se produire dans les mortiers. Par conséquent, une attention particulière sera accordée au développement d'une description fiable des propriétés matérielles de ces éléments à l'aide d'une loi constitutive précise. La représentation tridimensionnelle d'un mur de maçonnerie faite dans ce travail, améliore la capacité des méthodes actuelles pour prédire le comportement de la maçonnerie sous les deux chargements en plan et hors du plan. D’abord, des enveloppes de rupture comprenant la tension limite et la surface de charge de Mohr-Coulomb sont assignées à l'élément d'interface du code éléments finis GEFDyn. Ensuite, la loi de comportement est améliorée en ajoutant un seuil de compression aux surfaces de charge pour inclure l’endommagement en compression de la maçonnerie à travers l'élément d'interface. Dans le nouveau modèle élastoplastique, les écrouissages négatifs des seuils de traction et de compression ainsi que la cohésion du mortier sont pris en considération. La capacité des deux modèles pour reproduire le comportement avant et après le pic de la résistance au cisaillement du mur de maçonnerie est vérifiée en comparant les résultats numériques avec les données expérimentales. L'importance de l’interaction entre les seuils de compression et celui du cisaillement est montrée en comparant les résultats obtenus avec ceux d'un test réel. Les résultats ont révélé que le second modèle est capable de simuler le comportement du mur de maçonnerie avec une bonne précision. Ensuite, l'effet des propriétés géométriques de la paroi telles que l’existence d’une ouverture et l'élancement, les propriétés des mortiers comme la cohésion, la résistance en traction et la résistance en compression ainsi que la contrainte verticale initiale dans le mur, sur la résistance latérale et le mécanisme de rupture des murs de maçonnerie est démontré. En outre, afin de présenter l’état d’endommagement, des indices de dommage, portant sur la longueur totale des fissures dans différentes rangées et colonnes de mortiers sont introduits et comparés pour différentes configurations. Les longueurs de glissement et d’ouverture de fissures dans les mortiers horizontale et verticale respectivement, sont les paramètres les plus importants qui contrôlent le comportement du mur. Enfin, la relation entre les profils de fissuration différents et les propriétés des matériaux y contribuant sont résumées dans un tableau. / The aim of this thesis is to develop numerical models for evaluating the vulnerability of unreinforced masonry construction under different types of loading. Therefore, the behavior of unreinforced masonry panels under monotonic loading in both macro- and micro- scales is studied. Simulating the nonlinear behavior of the masonry wall in pre and post-peak regions and capturing its failure mechanism is the main focus of this study. First, the masonry wall in the panel is substituted by two simple bars using the so-called macro-element strategy and a tri-linear behavior is proposed to assess the ultimate strength of the wall as well as its response before and after peak. The lack of information about the failure mechanism of the masonry wall and relation between the failure mechanism and mechanical properties of the bar elements in this type of modeling lead to another description of this structure namely micro-modeling strategy. In this strategy, units and mortars are modeled separately and all inelastic behavior of the masonry wall is supposed to happen in mortars. Hence, special attention is paid to development of a reliable description of material properties for these elements using an accurate constitutive law. Three dimensional representation of a masonry wall in this work enhances the capability of existing methods to predict the masonry behavior under both in-plane and out-of-plane loadings. Firstly, failure envelopes including tension cut-off and the Mohr-Coulomb yield surface are assigned to interface elements in GEFDyn finite element software. Then, the elstoplastic constitutive law is improved by adding a compression cap to the yield surfaces in order to include compressive failure of masonry in the interface element. In the new model, softening behavior for tensile and compressive strength as well as cohesion of mortar is considered. The ability of both models to reproduce the pre- and post-peak behavior of the masonry wall is verified by comparing the numerical results with experimental data. The importance of defining the compression failure of masonry by limiting the shear strength of the wall with its compressive strength is shown by comparing the obtained results with those of a real test. The results showed that the second model is capable to simulate the behavior of masonry wall with a good accuracy. Then, the effect of initial stresses and geometrical properties of the wall such as opening and aspect ratio and material properties of the mortar like its cohesion, tensile strength and compressive strength, on lateral strength and failure mechanism of the masonry walls are demonstrated. Moreover, in order to comprehend failure characteristics damage indexes based on the total length of cracks in different rows and columns of mortars are introduced and compared for different configurations. The lengths of sliding in horizontal mortars and opening in vertical ones are the most important parameters that control the behavior of the wall. Finally, the relation between different cracking profiles and contributing material properties are summarized into a table.

Le renforcement en flexion des poutres de béton armé par collage externe de matériaux composites s’est révélé être une technique efficace et pratique. Cette thèse présente une étude sur la performance à la flexion des poutres continues en béton armé avec trois travées réparées ou renforcées par collage de tissus en fibres de carbone (CFRP) ou en fibres de verre (GFRP). Le programme expérimental se compose de deux groupes. Le groupe-1 est composé de huit poutres et le groupe-2 est composé de huit poutres. Dans chaque groupe, il y a une poutre de référence, poutre non renforcée. Toutes les poutres ont la même longueur de 9m et la même section de 15x25 (cm). Les essais expérimentaux avec le chargement monotone ont été effectués à l’aide d’une presse de 1000 kN. Les paramètres étudiés sont : effet du renforcement par CFRP et GFRP, épaisseur optimale du renforcement, efficacité de la réparation des poutres endommagées par CFRP et GFRP, comportement mécanique, les modes de rupture des poutres continues en béton armé renforcées. Les essais experimentaux et des calculs par la simulation numérique ont été effectués. Cinq modes de rupture des poutres ont été observés. La résistance maximale d’une poutre peut être améliorée entre 14,8 et 33,0% dans le cas des poutres renforcées par collage de CFRP et entre 7,2 et 11,8% par collage de GFRP. Il existe d’une épaisseur optimale du renforcement dans les trois portées de la poutre. La poutre complètement endommagée peut être réparée à 100%. Le moment de flexion maximal de la poutre endommagée et réparée devient supérieur à celui de la poutre de référence. Une étude numérique, à l'aide de la méthode des éléments finis en utilisant le logiciel ABAQUS, sur les poutres continues en béton armé renforcées ont été également réalisée. / The flexural strengthening of RC beams by external bonding of composite materials has proved to be an efficient and practical technique. This thesis presents a study on the flexural performance of reinforced concrete continuous beams with three spans repaired or strengthened by bonding carbon fiber reinforced polymer (CFRP) or glass fiber reinforced polymer (GFRP). The experimental program consists of two groups. Group-1 consists of eight beams and group-2 consists of eight beams. In each group, there is a reference beam, unreinforced beam. All beams have the same length of 9m and the same section of 15x25 (cm). The experimental tests with the monotonic loading were carried out using a 1000 kN press. The parameters studied are effect of reinforcement by CFRP and GFRP, the optimum thickness of the strengthening, repair efficiency of the beams damaged by CFRP and GFRP, mechanical behavior, the rupture modes of strengthened reinforced concrete beams. Experimental tests and calculations by numerical simulation were carried out. Five modes of the breaking of the beams were observed. The maximum strength of a beam can be improved by 14.8 and 33.0% for beams reinforced by CFRP bonding and between 7.2 and 11.8% by bonding GFRP. There is an optimum thickness of the reinforcement in the three spans of the beam. The fully damaged beam can be repaired at 100%. The maximum bending moment of the damaged and repaired beam becomes greater than that of the reference beam. A numerical study, using the finite element method with the help of ABAQUS software, on strengthening the continuous concrete beams, was also carried out.

Résumé : Les dalles de tabliers de ponts et des stationnements sont exposées à des environnements agressifs en particulier au Québec et en Amérique du Nord en raison de l'utilisation de sels de déglaçage et des cycles de gel-dégel. La substitution des armatures d’acier par des armatures en matériaux composites de polymères renforcés de fibres (PRF) constitue une alternative intéressante qui connait beaucoup de succès ces dernières années. Le béton armé de PRF est durable, car l’armature n’est pas sujette à la corrosion électrochimique. Aussi l’armature de PRF possède une résistance en traction élevée et est légère. En Amérique du Nord, l’utilisation des composites de PRF a suscité une attention toute particulière de la part des ingénieurs et des gestionnaires d’ouvrages. Plusieurs organismes dont des ministères de transport spécifient l’armature de PRF comme matériau structural dans leurs devis techniques pour lutter contre la corrosion et allonger la durée de service de leurs infrastructures. Les dalles en béton armé sont souvent soumises à des efforts de cisaillement critiques. Actuellement les méthodes de calcul au cisaillement (à l’effort tranchant) de dalles unidirectionnelles en béton armé de PRF différèrent d’une norme à une autre. En effet, la majorité des équations proposées dans les normes et guides de conception ont dérivées à partir de relations empiriques. Bien que des efforts de recherche considérables aient été consacrés dans ce domaine au cours de la dernière décennie, une meilleure compréhension du comportement au cisaillement et des mécanismes de rupture de dalles unidirectionnelles en béton armé de PRF est encore nécessaire. Dans cette recherche, un programme expérimental visant à étudier le comportement de dalles renforcées avec différents types de barres en PRF a été mis en place. Vingt-deux dalles unidirectionnelles en béton renforcées avec des barres de PRF ont été construites et testées en flexion a quatre points jusqu’à la rupture. Les paramètres d’étude comprennent : le type et le taux d’armature, le diamètre de la barre, l’espacement et la configuration de l’armature ainsi que la résistance en compression du béton afin d’examiner leur effet sur la résistance au cisaillement des dalles. Le comportement des dalles testées a été examiné en considérant le réseau de fissures, la charge ultime ainsi que les modes de rupture. Aussi, une base de données comprenant 203 poutres et dalles unidirectionnelles en béton armé de PRF rompues en cisaillement a été répertoriée et introduite dans les analyses. Les charges de rupture en cisaillement des dalles testées dans le cadre de cette thèse ainsi que celles de la base de données ont été comparées à celles prédites par les équations de calcul proposées par la normes canadiennes CSA S6-06/S1 et CSA S806-12, ainsi que celles des deux guides de calcul ACI 440.1R-06 et JSCE-97. Les analyses effectuées ont montré que les valeurs prédites par les équations de calcul proposées par l’ACI 440.1R-06 sont très conservatrices, alors que celles prédites par celles de JSCE-97 sont en meilleur accord avec les valeurs expérimentales. Aussi, les résultats obtenus ont montré que les équations de la nouvelle norme CSA S806-12 prédisent bien la résistance au cisaillement expérimentale. Toutefois, une amélioration de l'équation de la norme CSAS806-12, conduisant à de meilleurs résultats, est proposée. Par ailleurs, les résultats obtenus dans le cadre de cette thèse ont mené à une meilleure compréhension des mécanismes de rupture et des facteurs principaux qui contribuent à la résistance au cisaillement de dalles unidirectionnelles en béton armée de PRF. Enfin, des recommandations pour des travaux futurs y sont également formulées. // Abstract : Bridge deck and parking garage slabs are exposed to aggressive environments particularly in the North American regions resulting from the excessive use of de-icing salts. Fiber-reinforced-polymer (FRP) reinforcements have emerged as a practical and sustainable anti-corrosive reinforcing material with superior tensile strength to overcome the corrosion problem. High comfort level and increase use of the material is currently seen. Protection and regulations policies of some Public North American agencies currently include GFRP reinforcing bars as premium reinforcement. Shear behaviour in RC slabs is examined since most of the bridge deck and parking garage slabs are shear critical. However, there is still no agreement in FRP design codes and guidelines for shear strength equations. Several design code equations are still based on empirical relationships while recent developments are based on shear theories. The complex nature of shear phenomena which is influenced by many parameters, in addition to the existence of various schools of thoughts in shear, makes it difficult to find a general agreement on a unified equation. Huge research efforts are being established, however better understanding for the shear behaviour and failure mechanisms for unidirectional FRP RC slabs is still needed. In this research study, an experimental program was designed to investigate the shear behaviour of one-way concrete slabs reinforced with different types of FRP bars. A total of twenty one concrete slabs reinforced with FRP bars in addition to a steel reinforced slab were constructed and tested to failure under two-point loading. The variation in the concrete contribution to the shear strength V[subscript c] is investigated with respect to FRP reinforcement properties. Newly developed GFRP bars with high modulus, which were not previously investigated in the literature, are used. Different FRP reinforcement properties were included in the study such as reinforcement ratio, modulus of elasticity and axial stiffness, type of bars, and reinforcement configuration. Also, normal concrete and high strength concrete were considered in the research program. Analysis of the experimental results included the general behavior of the tested slabs, crack patterns, ultimate capacities, and modes of failure, load deflection relationships as well as the concrete and reinforcement strains. Test results of the present investigation indicate an influence of the reinforcement type, bar diameter, and the shear stiffness of the bars on the mode of failure and the shear strength. The experimental investigation and analysis of test results provided better understanding of concerning mechanisms of failure and factors contributing to the shear capacity of FRP RC slabs. A refined shear model to the CSA S806-12 is introduced and found to provide better results compared to the existing design codes and guidelines. The model is based on regression analysis of an experimental database. The database is assembled from twenty five different studies in addition to the present investigation. The used database includes 203 unidirectional members reinforced with FRP bars (without shear reinforcement) failing in shear. The model was evaluated through the experimental concrete shear capacities (V[subscript c exp]) of the database and found to provide good predictions. The experimental shear capacities of the database ( V[subscript c exp]) was compared to their corresponding predicted shear capacities (Vcpred ) using CSA S806-12, CAN/CSA-S6.1S1, ACI 440.1R-06, and JSCE-97. It was found that the ACI guide is very conservative. It can be noted that using this guide in its present form may reduce the economic competitiveness of fibre-reinforced polymers. JSCE recommendations are in better agreement with the test results. The Canadian CSA S806-12 equation was found to be in good fit with the experimental shear capacities.

L'élaboration de nouveaux alliages maintient un fort intérêt pour le phénomène d’instabilité plastique, ou l'effet Portevin-Le Chatelier (PLC), provoqué par l'interaction des dislocations avec des atomes de soluté. Par ailleurs, l'effet PLC attire l'intérêt comme un exemple remarquable d'auto-organisation dans les systèmes dynamiques. Il est associé à des motifs complexes de séries de chutes de contrainte liées à la nucléation et au mouvement des bandes de déformation dans le matériau déformé, et nécessite une compréhension de l'auto-organisation des dislocations. La déformation plastique des alliages Al-Mg est sujette à l'instabilité dans une large gamme de conditions expérimentales. Pour cette raison, les alliages Al-Mg binaires ont longtemps servi d'objets modèles pour l'étude de l'effet PLC. En même temps, l'utilisation pratique des alliages binaires Al-Mg est limitée en raison d’une faible résistance mécanique. Une amélioration significative de leurs propriétés peut être atteinte en ajoutant des solutés supplémentaires, conduisant en particulier à la formation de précipités. En outre, une forte réduction de la taille de grains du polycristal pourrait être une technique clé pour produire des matériaux à haute résistance et ténacité. Cependant, il existe très peu d'information, souvent contradictoire, sur l'instabilité PLC dans les alliages Al-Mg à grains fins et contenant des précipités. Le but de l'étude de cette thèse a été d'étudier les caractéristiques spécifiques de l'effet PLC dans les alliages à base AlMg, avec et sans nanoparticules, à gros grains et à grains fins, ces derniers obtenus par une méthode de déformation plastique sévère. Grâce à l’application de méthodes d’extensométrie locale, notamment de la technique de corrélation d’images, ces études ont révélé une persistance non habituelle de la propagation des bandes de déformation dans les alliages comprenant des précipités et/ou des grains fins. Ce mode dynamique est observé dans un large intervalle de vitesses de déformation, tandis qu’il n’apparait qu’à haute vitesse dans des alliages modèles AlMg. Par ailleurs, l’analyse des distributions statistiques des amplitudes des chutes de contrainte a révélé une tendance vers une statistique en loi puissance, caractéristique du mode de propagation. Ce phénomène est attribué à une modification du couplage spatial entre les dislocations, due à la concentration de contraintes internes. La combinaison de ces études avec l’analyse de l’émission acoustique a mis en évidence une influence de la microstructure sur la compétition entre un facteur aléatoire et la synchronisation des dislocations. Enfin, l’étude par corrélation d’images a permis d’observer une interrelation entre l’instabilité PLC et la formation de la striction. / The elaboration of new alloys sustains a strong interest to the phenomenon of unstable plastic flow, or the Portevin–Le Chatelier (PLC) effect, caused by interaction of dislocations with solute atoms. Moreover, this effect attracts interest as a rich example of self-organization in dynamical systems. It is associated with complex patterns of stress serrations related to nucleation and motion of deformation bands in the deforming material, and requires understanding of self-organization of dislocations. Plastic deformation of Al-Mg alloys is prone to instability in a wide range of experimental conditions. For this reason, binary Al-Mg alloys served for a long time as model objects for investigation of the PLC effect. At the same time, the practical use of binary Al-Mg alloys is limited because of their low strength. A significant improvement of their properties can be achieved by additional alloying, in particular, leading to precipitation. Further, extensive grain refinement could be a key technique used to produce tough and high- strength materials. However, there exists very limited and often contradictory information on the PLC instability in fine-grained Al-Mg alloys containing precipitates. The objective of the present thesis was to investigate specific features of the PLC effect in AlMg-based alloys with and without nanoscale particles, both in coarse-grained and fine-grained states, the latter obtained by severe plastic deformation. Using local extensometry methods, particularly the image correlation technique, these studies revealed an unusual persistence of the propagation of deformation bands in alloys with precipitates and/or fine grains. This dynamic mode is observed in a wide range of strain rates, whereas it only appears at high strain rate in model Al-Mg alloys. Moreover, the analysis of statistical distributions of stress drop amplitudes revealed a tendency to power law statistics characteristic of the propagation mode. This phenomenon was attributed to a modification of the spatial coupling between dislocations due to the concentration of internal stresses. The combination of these studies with the acoustic emission analysis uncovered an influence of the microstructure on the competition between a random factor and the dislocation synchronization. Finally, the study by the image correlation made it possible to observe an interrelation between the PLC instability and the neck formation.