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

Les matériaux polymères renforcés de fibres (PRF) sont de plus en plus utilisés dans les ouvrages du génie civil à cause de leurs nombreux avantages par rapport à l'acier d'armature. Toutefois, certaines conditions d'application peuvent potentiellement affecter leur durabilité, rendant cruciales les études exhaustives de leur durabilité à long terme pour permettre leur plein développement. Plusieurs agresseurs de l'environnement d'application des barres de PRF peuvent potentiellement altérer les propriétés de ces dernières à court ou à long terme. Plusieurs études portant sur l'effet de l'alcalinité du béton et de l'humidité ont déjà été menées dans le passé en utilisant des vieillissements accélérés en laboratoire par immersion en solution alcaline simulant le pH du béton. Ces études doivent obligatoirement faire intervenir un facteur accélérant comme la température permettant de les effectuer dans des délais raisonnables. L'usage de paramètres de conditionnement trop sévères peut amplifier de manière non représentative la réduction des propriétés et la diffusion de l'humidité et mener à une sous-estimation de la durabilité des composites de PRF impliquant même une conception trop conservatrice des ouvrages contenant ces nouveaux matériaux. La présente thèse présente l'étude de la durabilité à long terme de barres PRF soumis à des vieillissements accélérés en laboratoire simulant mieux la réalité comparativement aux vieillissements traditionnellement utilisés. En particulier, il sera question d'évaluer la durabilité des barres de PRF et de l'interface entre le béton et les barres en termes de perte de propriétés physiques et mécaniques et d'effets microstructuraux suite à des vieillissements en laboratoire. Il sera aussi question d'identifier les principaux phénomènes de dégradation pouvant affecter les composites de PRF lors de leur utilisation comme renforcement interne du béton et de confirmer la pertinence des paramètres de vieillissements accélérés en laboratoire utilisés pour prédire le comportement à long-terme des composites de PRF. Finalement, les effets des températures extrêmes d'application et de la fissuration due à un impact sur la durabilité des barres seront d'intérêt.Les résultats de cette thèse démontrent clairement que les barres de PRFV testées ne sont que très peu affectées par l'environnement du béton et que les résultats obtenus par des vieillissements traditionnels en solution alcaline mènent à des résultats conservateurs et à une sous-estimation des propriétés à long terme des barres de PRF.

Tese de Mestrado. Mestrado em Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2007

Tese de mestrado. Manutenção Industrial. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

De nos jours, la corrosion des armatures engendre une usure accrue des structures en béton armé suscitant une inquiétude grandissante de la population. Afin d’éliminer ce problème, l’utilisation de barres d’armature en polymères renforcés de fibres (PRF) représentent une solution de substitution des barres d’armature en acier. Le projet de recherche s’effectue dans le cadre de la réfection complète en armatures composites de la dalle du quai de déchargement à l’incinérateur de la ville de Québec. En fait, les matériaux composites sont considérés, car ils constituent une solution alternative à l’acier et sont très avantageux considérant leurs propriétés mécaniques et leur comportement. Cependant, il y a toujours un manque d’informations sur la durabilité de ces types de barres soumises à des charges cycliques dans un environnement agressif. Le projet de recherche vise à étudier le comportement en service sur une toute nouvelle application, soit une dalle d'un quai de déchargement de déchets et l’expérimentation s’est effectuée à l’incinérateur de Québec. L’objectif global du projet est de caractériser le comportement en service (flèche, fissuration, déformation) des PRFV sous des sollicitations environnementales particulières et sous des charges importantes à l’intérieur du bâtiment. L’ouvrage est constitué d’une dalle de béton unidirectionnelle de 200 mm d'épaisseur supportée par des poutres de béton à travées multiples variant approximativement de 6 à 11,5 m. Cette dalle, ayant une surface approximative de 1300 mètres carrés, est conçue conformément à la norme CAN/CSA-S806-02¹ ainsi que la norme CAN/CSA-S6-06². Lors de la construction, des équipements de mesure ont été installés à des endroits stratégiques, ce qui a permis d’effectuer des études paramétriques, plus particulièrement sur la flèche, la fissuration ainsi que sur l’augmentation des contraintes et des déformations. Ces études sont requises étant donné que les critères en service prônent sur les critères de résistance lors de la conception. Afin de caractériser le comportement en service de l’ouvrage, des essais de chargement ont été réalisés, et ce, avec les camions-vidanges. La validation et la comparaison des résultats expérimentaux et théoriques ont permis de déterminer si les normes actuelles surestiment certaines valeurs pour le calcul des états limites de service.

Résumé: Au Québec, la majorité du réseau routier, construit dans les années 1960-1970, montre des signes manifestes de vieillissement. Aussi, l’augmentation du trafic routier et les conditions climatiques rigoureuses, rendent difficile l’entretien et l’exploitation des chaussées routières dans ce territoire nord-américain. Effectivement, ces conditions environnementales engendrent des dégâts importants pour les chaussées routières, principalement en hiver. L’emploi de sels de déglaçage pour lutter contre le gel accentue les facteurs de dégradation des routes surtout pour les chaussées rigides jointées en béton. Les phénomènes de détérioration se manifestent notamment par la corrosion des aciers au niveau des joints qui sont des éléments structuraux garantissant la durabilité des routes. Les chaussées rigides jointées ou « dalles courtes goujonnées » sont encore principalement dimensionnées avec des goujons en acier placés au droit des joints. Un des rôles de ces structures est de contrôler la fissuration due aux conditions thermiques et environnementales. Pour pallier ces désordres, le Ministère des Transports du Québec (MTQ) se tourne vers de nouvelles techniques et des matériaux plus performants afin d'assurer la pérennité des ouvrages. Avec l'évolution rapide des méthodes et des connaissances en matière de conception des chaussées, ainsi qu'avec l'apparition de nouvelles technologies et de nouveaux produits, le ministère met l'accent sur la recherche et le développement. Cela a permis de mettre au point des techniques novatrices et de concevoir diverses technologies au contexte québécois. Justement, un des axes de recherche et de développement se porte sur les matériaux composites qui ont récemment donné de bons résultats dans le domaine du génie civil. C’est pourquoi des goujons en polymères renforcés de fibres de verre (PRFV) apparaissent comme une solution à la corrosion des armatures de liaison en acier. Elles accroissent ainsi une durabilité à moindres coûts : la durée de service est allongée, l’entretien et l’impact sur les personnes et le trafic sont réduits. Ce projet propose une optimisation de dimensionnement structural sur des spécimens de dalles de chaussées jointées, en vue de leur utilisation dans de nouveaux projets.Les goujons de PRFV qui font l’objet de ces essais sont fabriqués par la compagnie Pultrall Inc. de Thetford Mines (Québec, Canada). La résine utilisée pour les PRFV est uniquement une résine vinylester et les goujons ont des diamètres allant de 28,6 mm à 34,9 mm. Enfin, un seul type de sol est utilisé dans le cadre de ce projet ; il s’agit d’un type de sol dont la particularité recherchée est son module de réaction.||Abstract: In Quebec, the majority of the road network was built in the 60's - 70's and show obvious signs of ageing. Moreover, the increase of road traffic and the rigorous weather conditions, render the maintenance and the exploitation of roads in this Northern American part quite difficult. Indeed, these environmental conditions cause severe damages for roads, especially in winter. The degradation factor of the jointed rigid pavement is intensified by the highway salt. So, the phenomena of deteriorations appears mainly by the corrosion of the steel at the joints (structural elements) guaranteeing the durability of roads. The jointed rigid pavements or "short jointed pavements" are still mainly sized with steel dowels placed at the lining of joints. One of the main functions of these structures is to control the formation of cracking due to the thermal and environmental conditions. In order to reduce these , disorders, the Ministry of Transport of Quebec (MTQ) turned towards new techniques and innovative materials to ensure the longevity of roads. With the rapid evolution of specific methods and knowledge in roads design, joined with technologies and new products, the MTQ emphasizes the research and development. That way, advanced techniques and diverse technologies in the Quebecois context are settled. As a matter of fact, one of the axes of these development researches concerns the composite materials which have recently been given good results in the civil engineering area. That is why Glass Fibre-Reinforced Polymer (GFRP) dowels bars appear as a solution to the steel corrosion. In fact, they provide better durability with lower costs: the increase of service life as well as the decrease of maintenance persons and traffics impac. Thus, this project proposes an optimization of structural design of GFRP dowels for transverse jointed highway pavement slabs, also keeping in mind their use in new projects. The GFRP dowels which are given in this essay are made by the Pultrall Inc. Company from Thetford Mines (Quebec, Canada). The resin used for the polymer materials is only vinylester resin and the dowels have diameters going from 28.6 mm to 34.9 mm. Finally, only a stiff base is used for the road, its particularity is the modulus of subgrade reaction.

Ce mémoire présente les résultats d’une étude expérimentale traitant du retrait et du comportement à la fissuration des barrières de béton renforcé d'acier et de PRFV soumises à des conditions réelles d'environnement et de chargement. Grâce à une collaboration entre le Ministère des Transports du Québec (MTQ) et l'Université de Sherbrooke, un projet de suivi d’une barrière de type MTQ202ME a été effectué. La barrière a été construite sur un pont de six voies conçu d’un béton haute performance ayant une résistance à la compression de 50 MPa à 28 jours. Située sur l’autoroute 410, à Sherbrooke, la barrière à l'étude fait partie du viaduc qui a été construit en juin 2010. La barrière sépare le pont de six voies en trois voies dans chaque direction. Le suivi de la glissière comprend deux sections dont une de 23 m et une de 24 m de longueur. La première section (24 m) a été renforcée avec des barres de PRFV et la seconde (23 m) a été renforcée avec des barres d’acier galvanisé. L'objectif principal de cette étude est d'évaluer le comportement au retrait empêché et à la fissuration de cette barrière médiane. Ainsi, un suivi de l'ouverture des fissures, de leur propagation ainsi que de l'évolution des contraintes a été effectué dans les deux sections de PRFV et d'acier. Par ailleurs, l'effet du retrait à jeune âge et de la fissuration du béton à haute performance a été saisi grâce à ce suivi. Les barres de PRFV ont été instrumentées avec des jauges à fibres optiques (FO), tandis que les barres d'acier ont été instrumentées avec des capteurs à corde vibrante (CCV). Des thermocouples (TH-T) ont également été utilisés pour mesurer la température. En plus des FO et des CCV, des jauges électriques (JE) ont également été utilisées pour des mesures de déformation supplémentaire. Les capteurs à corde vibrante et les thermomètres ont été reliés à deux multiplexeurs et à un système d'acquisition de données pour enregistrer les lectures, tandis que les capteurs FO ont été reliés à une imité d'acquisition pour FO de 16 canaux. Cependant, les lectures des JE ont été capturées manuellement à l'aide d’une unité de lecture pour jauge électrique. Enfin, une modélisation par éléments finis de la barrière a été conçue et comparée avec les valeurs expérimentales obtenues. Cette recherche doit évaluer la quantité optimale de renfort longitudinal nécessaire pour contrôler les largeurs de fissurations du béton armé de PRF au même niveau que le béton armé traditionnel. Dans un proche avenir, il serait possible d’envisager que, grâce à ce projet de recherche, plusieurs ouvrages renforcés de ce type de PRF pourraient être construits.||Abstract: This thesis presents the results and analysis of an experimental study to investigate the shrinkage and cracking behaviour of GFRP- and steel-reinforced concrete barriers subjected to real environmental and load conditions. Through a collaboration project between the Ministry of Transportation of Quebec (MTQ) and the University of Sherbrooke, the field monitoring of GFRP- and steel-reinforced concrete barriers type MTQ 202ME was conducted. The barriers are constructed on a 6-lane concrete bridge using high-performance concrete with a compressive strength of 50 MPa after 28 days. The barrier under consideration was incorporated in a new Highway 410 Overpass Bridge, located in Sherbrooke, Quebec, which was cast in June 2010. The barrier separate the six-lane bridge into three lanes in each direction. The field monitoring included two sections of 23 m-long and 24 m-long. The first section (24 m-long) was reinforced with GFRP bars and the second one (23 m-long) was reinforced with galvanized steel bars. The main objective of this investigation was to evaluate the restrained shrinkage cracking behaviour of median barriers by monitoring the crack initiation and propagation as well as the strain evolution in both GFRP- and steel-reinforced sections. Besides, the effect of early age shrinkage and cracking of the high-performance concrete was captured thought the monitoring. The GFRP bars were instrumented with fiber-optic sensors (FOS) at different locations along the barrier length while the steel bars were instrumented with vibrating wire strain gauges (VWSG). Thermometers (TH-T) were also used for temperature measurements. In addition to the FOS and the vibrating wire strain gauges, electrical resistance strain gauges (ESG) were also used for additional measurements. The vibrating wire sensors and thermometers were connected to two multiplexers and a Datalogger to capture their readings while the FOS sensors were connected to a 16-channel DMI unit to capture and store their readings. The readings of the ESG, however, were captured using the P-3500 readout unit. Finally, a finite element model of the barrier was designed and compared with experimental values obtained. This research is to assess the optimal amount of longitudinal reinforcement necessary to control the crack width of FRP reinforced concrete at the same level as the steel reinforced concrete. In the near future, it would be possible to believe that through this research project several retaining structures reinforced with FRP could be built.

Ingeniero Civil Mecánico / El plástico reforzado con fibra de vidrio (PRFV) es un material compuesto de una matriz de plástico y un refuerzo de fibras de vidrio. Un plástico particular es la resina epoxica-viniléster, que reforzada con fibras de vidrio posee altas propiedades mecánicas, excelente resistencia a la corrosión y baja densidad. Su proceso de fabricación puede ser de tipo manual (Hand Lay Up), donde se aplican secuencialmente refuerzos de fibras humectadas en Resina. Estos refuerzos pueden ser fibras cortas aleatorias y fibras largas bidireccionales. Alternativamente la fabricación puede ser de tipo automática (Filament Winding), donde fibras unidireccionales humectadas con resina son enrolladas en torno a una matriz cilíndrica. Las propiedades mecánicas de este material compuesto dependen del tipo de proceso, tipos de refuerzos, porcentaje en volumen de resina y orientación de cada laminado. El objetivo de esta memoria es determinar las constantes elásticas reales de placas de PRFV mediante un modelo analítico ajustado a los datos experimentales. Es importante entender que al ser un material compuesto por fibras alineadas, cada placa tendrá tantas constantes elásticas como lo tiene un material ortotrópico. En esta memoria se determinan 6 constantes elásticas (Ex, Ey, Gxy, Gxz, Gyz y xy). Para lograr este objetivo, se fabrican 11 placas de PRFV de 300 x 200 [mm], con distintos tipos de secuencias de laminación. Cada placa, posicionada de tal manera de no tener ningún tipo de restricción es excitada por medio de un martillo modal. Posteriormente, un acelerómetro registra las funciones de respuesta en frecuencia de éstas. Con el programa Femtools se determinarán las frecuencias naturales y modos de vibración representativos de cada placa. Por otro lado el modelo analítico estará basado en las ecuaciones de teoría de mezclas y de Halpin-Tsai. De estas se obtienen las constantes elásticas a utilizar en el análisis modal por elementos finitos con el programa Ansys. Las frecuencias naturales y modos de vibración obtenidas se correlacionan con las obtenidas en el método experimental. Se optimizan los modos de vibración del método computacional, para obtener las constantes elásticas del método experimental, que corresponden a las reales de cada placa.

Cette étude porte sur l'intégration de l'aluminium et de matériaux composites de type Polymère Renforcé de Fibre de Verre (PRFV) dans les ponts transportables ferroviaires. Ces matériaux ont un intérêt particulier en raison de leur résistance aux conditions environnementales rudes et leur légèreté. Cependant, la combinaison de ces matériaux légers avec les matériaux traditionnels dont l'acier est peu fréquente dans les structures de génie civil. De plus les références de conception fournissent très peu d'informations pour le dimensionnement de ce type d'assemblage. Il existe néanmoins des références de conception des assemblages simplement en aluminium ou simplement en PRFV. Cependant, en comparaison avec l'acier, les recommandations proposées pour l'aluminium et les PRFV sont basées sur un nombre restreint d'essais et le dimensionnement optimal d'un assemblage boulonné entre des pièces d'acier et d'aluminium ou de PRFV peut s'avérer difficile. Aussi, l'objectif principal de la thèse est d'identifier les paramètres géométriques optimum des assemblages boulonnés aluminium-acier et PRFV-acier et d'effectuer une analyse critique des recommandations de conception existantes et si nécessaire les améliorer et enfin, d'évaluer la contribution de la colle dans les assemblages boulonnés/collés. Sur la base de l'état des connaissances disponibles, des études expérimentales et/ou numériques des assemblages boulonnés, collés, et boulonnés/collés des plaques aluminium-acier et PRFV-acier ont été menées. Pour les assemblages boulonnés, des configurations à un boulon et deux boulons ont été expérimentalement et analytiquement analysées. Les résultats obtenus ont permis d'évaluer l'effet des paramètres géométriques tels que l'épaisseur des plaques, les pinces longitudinale et transversale, et les pas longitudinal et transversal sur la résistance de l'assemblage. Par la suite, les paramètres géométriques optimums des assemblages boulonnés en PRFV-acier et aluminium-acier ont été identifiés et l'analyse critique des équations de dimensionnement des assemblages en aluminium et en PRFV recommandés dans les références de conception a été effectuée. Dans le cas des assemblages aluminium-acier, une amélioration des équations de résistance à la pression diamétrale et de résistance en traction et cisaillement combinés ont été proposées. Pour les assemblages en PRFV-acier, une étude semi-empirique a permis de proposer une équation de résistance en section nette adaptée aux PRFV pultrudés. Pour les assemblages collés et boulonnés/collés, seules les configurations à un boulon ont été testées. Des adhésifs méthacrylate et époxyde ont été utilisés et l'effet de ces derniers sur les assemblages multi-matériaux a été évalué. Il est apparu que le type d'adhésif a un effet important tant sur la résistance de l'assemblage que sur son mode de rupture. En outre la rigidité des plaques a un grand impact dans la capacité portante de l'assemblage collé. La contribution de la colle dans un assemblage boulonné a été trouvée avantageuse seulement dans le cas de l'assemblage PRFV-acier. Dans le cas de l'assemblages aluminium-acier, pas d'accroissement significatif n'a été observé.

Ce mémoire présente les résultats de calculs analytiques de prédiction du comportement de dispositifs de retenue de niveau PL-2 armé d'armature en polymères renforcés de fibres de verre (PRFV) soumis aux essais de chargement quasi statique horizontal. L'un des modèles analytiques à l'étude est le calcul de la charge ultime que peut reprendre un dispositif de retenue en fonction des dimensions de la fissure au niveau de la connexion. Le deuxième modèle analytique à l'étude est le calcul de prédiction de la relation charge-déflexion en tête de muret. La collaboration entre le Ministère des Transports du Québec (MTQ), le Ministère des Transports de l'Alberta et l'Université de Sherbrooke a permis d'effectuer des essais quasi statiques sur plusieurs configurations durant les dernières années. Les configurations de dispositifs provenant du MTQ sont des barrières de type 210 et 311 dont les murets et les dalles sont entièrement armés de barres en PRFV. Les configurations des dispositifs de l'Alberta sont quant à eux des dispositifs de type S-1642 et S-1650 dont les murets sont armés de barres en PRFV et les dalles sont armées de barres d'acier enduit d'époxy. Grâce à cette banque de données, il est possible d'effectuer l'étude des modèles sur différentes configurations et ainsi déterminer certaines de leurs limites. De plus, une modélisation par éléments finis de la configuration de dispositif de retenue de type 311 (PL-2) a été effectuée. Le dispositif a été modélisé en trois dimensions avec le logiciel ADINA. De ce modèle, une comparaison avec les données expérimentales a été effectuée afin de le valider. De plus, une étude paramétrique a été effectuée sur l'influence des résistances du béton de la dalle et du muret et du module d'élasticité des barres en polymères renforcés de fibres (PRF). En effet, des bétons de 35 MPa et 50 MPa ont été utilisés afin de représenter trois cas de combinaison de résistance en compression des bétons. Finalement, trois grades de modules élastiques ont été utilisés sur le dispositif ayant un béton de 35 MPa au niveau de la dalle et un béton de 50 MPa au niveau du muret (combinaison la plus courante) afin d'étudier l'effet du module élastique des barres.