La réhabilitation parasismique de piliers de ponts et de poteaux de bâtiments en béton armé peut être réalisée efficacement par le confinement à l'aide de polymères renforcés de fibres de carbone (PRFC), ce qui a été étudié dans le présent projet par des essais en compression-flexion sur huit poteaux, dont quatre ont été réhabilités avec des PRFC. Les ponts, viaducs et bâtiments canadiens construits selon les codes de conception datant d'avant les années 1970 sont propices à subir d'importants dommages lors d'un séisme et même à poser un risque pour la sécurité des utilisateurs/occupants. Depuis, les normes parasismiques ont été grandement améliorées. De plus, avec le vieillissement des infrastructures, des dilemmes importants forcent les décideurs à choisir entre la réhabilitation et la reconstruction. Il importe de quantifier l'amélioration de la performance sismique apportée par le confinement des poteaux avant d'adopter cette technique à grande échelle. Pour cela, il faut étudier la ductilité et la résistance des poteaux confinés et non confinés et évaluer l'amélioration de la capacité de dissipation de l'énergie sismique. Les résultats ont de plus été comparés aux prédictions du modèle de confinement de Eid et Paultre afin d'évaluer la précision de ce modèle. Pour répondre à ces objectifs, huit spécimens ont été construits, quatre ont été réhabilités et tous les poteaux ont été testés par chargements axial constant et latéral cyclique. L'espacement des étriers, le niveau de charge axiale ainsi que l'usage de confinement ont été étudiés. Des courbes d'hystérésis ont ensuite été tracées afin de calculer les gains en capacité de dissipation d'énergie sismique. L'hypothèse de départ était que les poteaux confinés reprendraient une charge latérale maximale légèrement plus élevée, mais surtout qu'ils se déformeraient davantage et qu'ils dissiperaient plus d'énergie avant la rupture. Cette recherche vient combler un manque criant de données expérimentales sur le comportement en flexion-compression des poteaux confinés à l'aide de PRF. Les prochaines recherches pourront se baser sur ces résultats pour explorer d'autres paramètres expérimentaux et éventuellement proposer des articles de normes.

La circulation routière toujours croissante est à l’origine d’un nombre grandissant de collisions entre les véhicules et les piliers de ponts. Pourtant, les impacts causés par les camions sur les ponts ont fait état de très peu d’études et les normes de dimensionnement comportent donc de nombreuses lacunes à leur égard. Des solutions visant à prévenir et réparer les dommages causés par ces charges d’impact sont actuellement à l’étude dont le confinement des piles par des polymères renforcés de fibres (PRF). L’objectif de ce projet est de déterminer les effets d’un tel recouvrement sur le comportement des piles de ponts lorsqu’elles sont préalablement soumises à des charges d’impact. L’effet doit être déterminé tant sur la capacité de la pile que sur sa détérioration à long terme. Afin d’atteindre cet objectif, des essais dynamiques sont effectués, en laboratoire, sur des piles avec et sans recouvrement de PRF. Ces résultats expérimentaux permettent de créer un modèle d’éléments finis à l’aide du logiciel LS-Dyna. Grâce à ce modèle, les avantages et inconvénients d’utiliser le recouvrement de PRF sont évalués. La méthode par sous-structure est utilisée afin d’analyser les effets sur l’ensemble du pont et non seulement sur la pile elle-même. Il faut s’attendre à obtenir de nombreux avantages sur le comportement des piles à suite de la pose d’un recouvrement de PRF. Toutefois, il est difficile de prévoir si ces avantages sont suffisants pour justifier le coût de construction engendré. Ce projet est donc hautement pertinent afin de quantifier les bienfaits d’une solution possible à une cause majeure d’effondrement des ponts. À plus grande échelle, cette recherche contribuera à perfectionner la norme canadienne de calculs des ponts routiers.

Les structures sont parfois soumises à des sollicitations extrêmes telles que des chocs et des séismes, dont les conséquences peuvent être désastreuses. La réduction de la vulnérabilité au séisme du bâti existant est un enjeu de société de première importance. Le renforcement d'éléments structuraux par matériaux composites collés offre une solution intéressante, mais les règles de dimensionnement concernant l'application de tels matériaux pour le renforcement parasismique n'ont pas encore toutes été clairement établies. Le présent travail de thèse se propose de contribuer à l'établissement de ces règles pour le renforcement de poteaux en béton armé, par matériaux composites. Une campagne expérimentale a donc été menée sur plusieurs poteaux en béton armé, d'échelle représentative ; diverses configurations de renforcement ont été appliquées sur ces corps d'épreuve, qui ont ensuite été testés en flexion composée alternée. Ces différents essais nous ont permis d'analyser le comportement des poteaux selon la présence ou non de confinement (tissu de fibres de carbone), de renforcement à la flexion (lamelles), et d'ancrage des lamelles de renfort en matériaux composites. Cette notion d'ancrage des composites a fait l'objet d'une campagne expérimentale complémentaire, visant à caractériser une technique d'ancrage innovante et à en vérifier les performances. Grâce à ces différents essais, les gains en termes d'énergie dissipée apportés par les différentes configurations de renforcement, les gains en termes de ductilité globale de la structure ainsi qu'en termes d'augmentation de la charge portante ont été vérifiés. Outre ces aspects quantitatifs, ce travail a permis de proposer des pistes pour l'établissement de règles de dimensionnement de ces renforts spécifiques à la réhabilitation parasismique, en lien avec les normes actuelles, et notamment l'Eurocode 8 / Structures can be submitted to severe loadings, especially impacts and earthquakes, and reducing the seismic vulnerability of existing structures is thus an important issue. Retrofitting by Fibre-Reinforced Polymer (FRP) is an interesting technical solution but design rules have to be developed concerning their application for seismic strengthening. This thesis aims to contribute to the development of design rules concerning the strengthening of reinforced concrete columns by FRP. For this purpose, an experimental campaign carried out on full-scale reinforced concrete columns has been undertaken. Different strengthening configurations have been applied to columns, which were then tested under combined axial and lateral load. Those tests helped to analyze the behaviour of columns depending on the FRP confinement (carbon FRP jacket), on flexural reinforcement (carbon plates) and on anchorage of FRP. An additional experimental campaign has been undertaken in order to characterize an innovative anchoring system and assess its performance. The purpose of the study was to evaluate the effectiveness of the different strengthening configurations in increasing the dissipated energy and the ductility. In addition to the quantitative aspects, it was made possible to propose design rules for the use of FRP in seismic rehabilitation, linked to current rules, especially Eurocode 8

Les structures sont parfois soumises à des sollicitations extrêmes telles que des chocs et des séismes, dont les conséquences peuvent être désastreuses. La réduction de la vulnérabilité au séisme du bâti existant est un enjeu de société de première importance. Le renforcement d'éléments structuraux par matériaux composites collés offre une solution intéressante, mais les règles de dimensionnement concernant l'application de tels matériaux pour le renforcement parasismique n'ont pas encore toutes été clairement établies. Le présent travail de thèse se propose de contribuer à l'établissement de ces règles pour le renforcement de poteaux en béton armé, par matériaux composites. Une campagne expérimentale a donc été menée sur plusieurs poteaux en béton armé, d'échelle représentative ; diverses configurations de renforcement ont été appliquées sur ces corps d'épreuve, qui ont ensuite été testés en flexion composée alternée. Ces différents essais nous ont permis d'analyser le comportement des poteaux selon la présence ou non de confinement (tissu de fibres de carbone), de renforcement à la flexion (lamelles), et d'ancrage des lamelles de renfort en matériaux composites. Cette notion d'ancrage des composites a fait l'objet d'une campagne expérimentale complémentaire, visant à caractériser une technique d'ancrage innovante et à en vérifier les performances. Grâce à ces différents essais, les gains en termes d'énergie dissipée apportés par les différentes configurations de renforcement, les gains en termes de ductilité globale de la structure ainsi qu'en termes d'augmentation de la charge portante ont été vérifiés. Outre ces aspects quantitatifs, ce travail a permis de proposer des pistes pour l'établissement de règles de dimensionnement de ces renforts spécifiques à la réhabilitation parasismique, en lien avec les normes actuelles, et notamment l'Eurocode 8

Un tremblement de terre est un phénomène difficilement prévisible et inévitable, il est donc important que les ponts sollicités soient capables d'y résister sans s’effondrer de façon fragile. La meilleure façon est d'augmenter la ductilité des poteaux en béton. Au cours des dernières années, les matériaux en polymères renforcés de fibres (PRF) ont connu un essor important particulièrement au niveau du confinement des poteaux de béton afin d'augmenter leur ductilité. Par contre, le confinement empêche l’inspection visuelle de l’endommagement de ces derniers. Il faut alors faire appel à des méthodes d'auscultation non destructives. L’émission acoustique est une méthode très intéressante permettant de connaître en temps réel le comportement et le niveau d'endommagement à l’intérieur de la section confinée. De plus, la vitesse ultrasonore est un procédé fort efficace quand vient le temps d'évaluer les dommages. Dernièrement, différentes méthodes de confinement ont été proposées. Mais, ce renforcement ne règle pas complètement le problème. En effet, il peut déplacer le problème vers une autre section du poteau qui est plus faible. L'objectif du projet est d'évaluer l’influence du confinement de PRF sur la résistance et surtout la ductilité d'un pilier de pont soumis à une charge cyclique et d'en faire l’auscultation en temps réel. L’objectif principal consiste à identifier, en temps réel, avec le plus de précision possible, le comportement et l’endommagement d'un pilier de pont renforcé de PRF. Les vitesses ultrasonores ont été utilisées dans le but de quantifier les dommages et de cibler les zones les plus endommagées. L’émission acoustique a servi également à quantifier l’endommagement et à localiser celui-ci en trois dimensions. La méthode de localisation en trois dimensions utilisée est la technique de détection de temps d'arrivée selon le seuil. Puisque l’endommagement d'un poteau correspondant à différents états limites, il pouvait donc être possible d'associer les événements acoustiques à différents états limites. D'ailleurs, il était impératif de bien connaître le comportement des ondes dans les différents matériaux et d'anticiper les régions qui seraient les plus endommagées. Ensuite, on a procédé à l’installation de capteurs piézoélectriques aux endroits stratégiques pour la cueillette de données durant le test. Par la suite, on a procédé à l’analyse des résultats permettant d'obtenir la hauteur de la rotule plastique puis les différentes ductilités correspondant aux principaux états limites pour chacun des poteaux. Une comparaison avec les résultats expérimentaux et un modèle numérique a également été réalisée. Il a donc été possible de comparer l’influence de deux paramètres variant, soit l’espacement des étriers et la charge axiale sur la rotule plastique. Les paramètres d'émission acoustique utilisés afin de quantifier l’endommagement et les états limites sont le nombre d'événements, l’énergie, l’amplitude et le nombre de comptes pour un événement. La quantification de l’endommagement vient du résultat du cumul de ces paramètres en fonction de chaque nouvelle ductilité atteinte. La variation des vitesses ultrasonores correspondant à ces mêmes ductilités a également été utilisée afin de quantifier les états limites d'endommagement. Les deux méthodes ont servi à démontrer l’influence positive du confinement de PRFC sur un poteau de béton armé. De plus, elles ont été utilisées afin de déterminer l’influence des deux paramètres variant (espacement des étriers et charge axiale) sur la rotule plastique ainsi que sur les différents états limites. On remarque ainsi que l’augmentation de la charge axiale a une plus grande influence que l’espacement des étriers en ce qui a trait à la ductilité d'un poteau. L’augmentation de la charge axiale et de l’espacement des étriers contribuent à la diminution de la ductilité. Le confinement de PRFC est une méthode de renforcement permettant d'améliorer le comportement sismique des poteaux et par le fait même diminuer les dommages structuraux et les pertes humaines. D'autre part, l’émission acoustique et les vitesses ultrasonores se sont avérées être des méthodes efficaces permettant de déterminer l’endommagement et le comportement de ces derniers de façon continue et ponctuelle.