Au cours des dernières années, la détérioration des structures en béton armé a pris une ampleur sans précédent, et ce, malgré le fait que leur durée de vie en service initialement prévue est loin d'être atteinte. La corrosion de l'armature d'acier est un des principaux facteurs réduisant la durée de vie des ponts en béton armé d'acier. Par ailleurs, l'armature en matériaux composites de polymères renforcés de fibres (PRF) constitue une solution à l'armature métallique afin de pallier au problème de la corrosion d'acier et à la détérioration des structures en béton armé. Aussi, les barres d'armature en matériaux composites de PRF possèdent une résistance en traction élevée (environ 2 à 6 fois la limite élastique de l'acier d'armature conventionnel), ce qui leur permet de constituer un renforcement structural attrayant pour les structures en béton. Le comportement d'éléments structuraux en béton armé de barres en PRF est différent de ceux en béton armé de barres d'acier. En effet, les barres en PRF possèdent un module d'élasticité relativement plus faible que celui de l'acier et ont des propriétés d'adhérence différentes de celles des barres d'acier. L'utilisation des barres d'armature en PRF pour armer les dalles de tabliers de ponts se concrétise de plus en plus avec l'avancement des recherches dans ce domaine. La recherche entamée dans le cadre de cette thèse s'inscrit dans un programme de travaux réalisés au sein de la Chaire de recherche CRSNG/Industrie sur les Matériaux composites novateurs en PRF pour les infrastructures au département de génie civil à l'Université de Sherbrooke. Le comportement de membrures en béton armé de PRF soumis à des sollicitations mécaniques constitue un des principaux axes de recherche. Dans le cadre de cette thèse, une série d'essais a été effectuée sur huit dalles de ponts à confinement interne à grande échelle. Les paramètres des essais comprennent: (1) l'épaisseur de la dalle, (2) le type et le taux d'armature transversale de l'assemblage inférieur, (3) la résistance en compression du béton, et (4) le taux d'armature dans les autres directions (armatures transversale et longitudinale de l'assemblage supérieur et l'armature longitudinale de l'assemblage inférieur). Lors des essais de chargement, les dalles ont été supportées par deux poutrelles métalliques espacées de 2000 mm centre à centre et soumises à une charge statique concentrée sur une aire de contact de 600 mm x 250 mm afin de simuler une charge de camion (87,5 kN-CL-625) et ce conformément au code Canadien sur le calcul des ponts routiers [CAN/CSA-S6-06]. Aussi, une analyse numérique du comportement des dalles testées sous charges est faite à l'aide d'un logiciel d'éléments finis ADINA version 8.2. Les essais ont montré que toutes les dalles testées ont rompu par poinçonnement, peu importe le paramètre étudié. Aussi, une épaisseur de dalle de 175 mm répond aux exigences du Canadien sur le calcul des ponts routiers [CAN/CSA-S6-06]. Par ailleurs, les résultats ont montré que la résistance en compression du béton est un paramètre qui influe sur la déflexion, les déformations dans les barres et l'ouverture de fissures. Enfin, les résultats des analyses numériques effectuées corroborent avec ceux obtenus expérimentalement.

Un outil informatique, appelé « Laval Reliability Toolbox 2 » (LRT2), a été développé afin d’évaluer, en fonction du temps, l’évolution de l’indice de fiabilité d’un pont en béton armé selon divers paramètres d’utilisation et d’endommagement. L’outil présenté innove en considérant la fiabilité des états limites ultimes de flexion et de cisaillement des poutres ainsi que le poinçonnement de la dalle. Les différents éléments structuraux forment un système utilisé pour représenter le mode de défaillance du pont. Un modèle d’endommagement permet de simuler l’évolution dans le temps des propriétés d’une structure soumise à la corrosion causée par l’application de sels déglaçants : la corrosion cause une diminution du diamètre des barres d’armatures touchées et la délamination du béton d’enrobage. L’outil développé a été utilisé pour comparer la fiabilité de ponts à simple travée ayant deux, trois, cinq et six poutres soumis à différents scénarios d’endommagement. Il est aussi démontré qu’il est pertinent d’étudier les poutres dans leur ensemble puisque la fiabilité des différents états limites varie le long de celles-ci. Il est démontré que le fait d’ignorer les corrélations entre les éléments structuraux surestime la fiabilité de structures peu redondantes, modélisées par des systèmes en série, et sous-estime la fiabilité de structures redondantes, modélisées par des systèmes mixtes. L’étude des scénarios d’endommagement met en évidence l’existence de sections et de modes de rupture qui, si endommagés, influencent grandement la fiabilité de la poutre. Enfin, des cycles de performance peuvent être définis afin de déterminer la durée de vie d’un pont, c’est-à-dire de déterminer le moment où il atteindra son indice de fiabilité cible et de déterminer les moments où certains endommagements surviendront. Cette méthodologie pourrait, à terme, constituer une aide à la gestion des structures visant à faciliter le choix des interventions prioritaires. / A computer program, named « Laval Reliability Toolbox 2 » (LRT2), was developed in order to evaluate a time-variant reliability index for a reinforced concrete bridge while considering various usage and damage parameters. This tool pioneers by considering the reliability of three ultimate limit states: flexure and shear for beams and punching shear for the slab. In order to represent the failure mode of the bridge, system reliability analysis is used to model the structure as a system. A damage model predicts in time the properties of a structure undergoing corrosion caused by the application of de-icing salts: corrosion causes a reduction of the rebar’s diameter and spalling of the concrete cover. This computer tool was used to compare the reliability of bridges with two, three, five and six girders undergoing different damaging scenarios. Results show the importance of considering a spatial-variant reliability index for a girder. It is also shown that ignoring possible correlation among structural elements overestimates the reliability of low-redundant structures, modelled as series systems, and underestimates the reliability of high-redundant structures, modelled as complex systems. The study of homogeneous and non-homogeneous damaging scenarios shows the existence of corrosion-sensitive sections and failure modes that, if damaged, affect significantly the reliability of the bridge. Lastly, performance cycles were defined in order to evaluate the life service of a bridge, which is to estimate the time when the bridge will get below its target reliability index and to estimate when certain damages will occur. This type of methodology enables the prediction of a structure’s lifetime performance; it could facilitate the management of structures operations by making possible the comparison of multiple bridges performance.

Avec le vieillissement des infrastructures routières au Québec, plusieurs ponts de courte portée devront être reconstruits à neuf au cours des prochaines années. La pratique usuelle est de les concevoir entièrement en béton ou en systèmes mixtes acier-béton. Toutefois, avec l’avancement de la recherche dans le domaine du bois, le système hybride bois-béton est envisageable. Le but est de tirer profit des avantages de chaque matériau en les disposant aux endroits appropriés. Le tablier du pont est constitué d’une dalle de béton qui agit en compression et protège des intempéries les poutres en bois lamellé-collé qui résistent en traction. L’enjeu est la capacité de lier efficacement ces deux matériaux pour qu’ils puissent reprendre les efforts dus aux charges de conception avec un glissement d’interface minimal. De nombreux chercheurs ont proposé diverses méthodes pour répondre à cette problématique. Les connecteurs locaux (vis, clous) sont moins rigides et se déforment beaucoup à l’ultime. À l’inverse, les connecteurs continus offrent une rigidité très élevée, de petits déplacements à rupture sans négliger la plasticité du système. Pour cette raison, le connecteur choisi est le HBV Shear, une mince bande d’acier de 90mm de hauteur perforée de trous de 10mm. Sa moitié inférieure est collée dans une fente pratiquée dans la poutre et la partie supérieure est immergée dans le béton. Pour caractériser le comportement du connecteur, dix essais en cisaillement simple ont été effectués. Ils ont permis de quantifier la rigidité et d’apprécier la ductilité qui s’installe dans le système par l’ajout de l’acier. Par la suite, six poutres hybrides simple de 4 m, deux systèmes à poutres double de 4m et deux poutres hybrides de 12m de portée ont été amenées à la rupture en flexion. Ces essais ont montré que le connecteur se brisait sous l’effort de manière ductile avant la rupture fragile de la poutre en bois. Les résultats ont aussi prouvé que les méthodes de calculs utilisées estiment correctement la séquence de rupture ainsi que le comportement du système avec une très grande efficacité. Finalement, un tablier de pont composite a été conçu pour résister aux efforts à l’ultime, en service et à long terme.

Les ouvrages vieillissent et leur état se détériore. Compte tenu de leur importance sociale et économique, ils constituent des vecteurs de transports construits dans le but d'assurer un service alliant un haut niveau de qualité, de sécurité et de fiabilité. Des budgets d'investissement, le plus souvent déficitaires, sont octroyés pour la construction d'infrastructures et d'ouvrages de génie civil. La fermeture des ouvrages pour les activités d'entretien ou de réparation, même temporaire, et, dans le cas de leur démolition, perturbe fortement la mobilité des usagers, en particulier, le mouvement des marchandises, social humain au niveau des activités de service et récréative, entraînant des répercussions économiques à différentes échelles et secteurs. La gestion des ouvrages permet l'auscultation des détériorations, la surveillance, et l'évaluation régulière d'un parc d'infrastructure en vue d'assurer un meilleur service aux utilisateurs. Nous aborderons pour cela, le contexte du projet, les besoins de recherche et ses objectifs. Par la suite, nous nous intéresserons plus en détail à la méthodologie qui décrit le modèle de gestion qui sera développé dans ce travail de recherche pour évaluer et gérer le parc d'ouvrages et les résultats attendus du projet de recherche. Une revue de la littérature est abordée afin d'identifier et analyser les modèles de gestions existants dans ce domaine de gestion des infrastructures. Le rapport s'articule autour de trois grandes parties : (1) Évaluation de la condition d'état d'un pont (2) Variation temporelle de la condition d'état d'un pont (3) Gestion intégrée du réseau routier. Ce rapport conclut sur les apports de la recherche et ouvre la perspective de développement à venir. Ce qui contribuera à maintenir et à en rétablir de façon optimale l'état des ouvrages ainsi qu'à stimuler l'économie. / The structures grow old, and their condition deteriorates. Given their social and economic importance,they are transporting vectors built to ensure a service combining a high level of quality, safety and reliability. Investment budgets, most often in the deficit, are allocated for infrastructure and civil engineering structures construction. The closure of structures for maintenance or repair activities, even temporarily, and, in the case of their demolition, strongly disrupts the mobility of users, in particular, the movement of goods, human social at the level of service and recreational activities, entailing economic impacts at different scales and sectors. The structure management allows the monitoring of deterioration,the surveillance and the regular assessment of an infrastructure fleet in order to ensure a better service to the users. We will cover the context of the project, the research necessities and its goals. Afterwards, we will focus in more detail on the methodology that describes the management model that will be developed in this research work to evaluate and manage the structure fleet and the expected outcomes of the research project. A literature review is performed to identify and analyse existing management models in this field of infrastructure management. The report is structured around three main parts: (1) Bridge state condition assessment (2) Temporal variation of the bridge state condition (3) Integrated Road network management. This thesis concludes on the research contributions and opens the perspective of future development. This will help to maintain and optimally restore the structures state condition and stimulate the economy.

L'objectif de ce mémoire consiste à étudier l'influence de la localisation de l'endommagement et de son étendue sur la fiabilité d'un pont existant en béton armé. À . cette fin, le programme LRT (Laval Rell~ability Toolbox) est développé dans le but d'évaluer la fiabilité de structures en considérant le système, c'est-à-dire l'interaction entre les éléments structuraux. La fiabilité du pont à l'étude est évaluée en considérant .la flexion et l'effort tranchant des poutres, à partir de fonctions d'états limites définies selon le Code canadien sur le calcul des ponts routiers, CAN/CSA -S6-00. Les facteurs faisant varier les indices de fiabilité des éléments structuraux et du pont, lorsque les poutres sont endommagées par la corrosion des armatures, sont examinés en simulant des scénarios d'endommagement diminuant à différents degrés la résistance à la flexion et/ou à l'effort tranchant d'un ou plusieurs . segments de poutres. En plus de démontrer l'importance de considérer le comportement du système lors de l'évaluation de structures redondantes, les résultats démontrent que pour le pont étudié, ce n'est pas tant l'intensité de l'endommagement qui influence sa fiabilité, mais surtout le mode de défaillance dominant, les sections critiques et le nombre de poutres endommagées. Ces conclusions auraient toutefois pu être différentes dans le cas d'un pont pour lequel l'écart entre les indices de fiabilité des poutres associés à la flexion et à l'effort tranchant serait moins grand. Enfin, la configuration du système et la corrélation définie entre les composantes sont aussi d'une grande importance dans le calcul de l'indice de fiabilité de la structure, car ils influencent grandement l'indice de fiabilité obtenu.