Titre de l'écran-titre (visionné le 18 mars 2024) / Au Québec, les chaussées en béton perdent rapidement leur adhérence au fil du temps. C'est pourquoi le ministère des Transports et de la mobilité durable du Québec souhaite identifier une ou des formulation(s) de béton qui résiste(nt) bien au phénomène d'usure et de perte d'adhérence prématurée. L'objectif de ce projet est de créer un protocole expérimental permettant de reproduire en laboratoire l'usure et la perte d'adhérence des chaussées en béton, et ce de façon fiable et relativement rapide. Un tel protocole permettra en effet d'évaluer la performance, face à l'usure, de différentes formulations de béton incorporant une variété de granulats grossier et fin, de même que différentes matrices cimentaires. Ce mémoire présente une revue des différents types de chaussées en béton utilisées au Québec ainsi que les différents moyens existants pour effectuer le suivi de leur adhérence au fil du temps. Ensuite, il décrit des interventions sur le terrain visant à mesurer, à l'aide d'appareils spécifiques, l'adhérence des routes en béton. Enfin, il présente le calibrage du *Three-Wheel Polishing Device* (TWPD) permettant de conditionner en laboratoire des dalles de béton. Ce processus de conditionnement s'accompagne de la mise en place de différents moyens de mesure, de l'usure et de l'adhérence, en passant par le frottement et le profil des dallettes. Finalement, le protocole développé dans le cadre de ce projet permet d'obtenir des écarts significatifs de macro-texture entre des dalles incorporant deux gros granulats de nature très différente, soit un granulat granitique et un granulat dolomitique. Il entraîne une profondeur d'usure de 2 mm, ce qui permet d'observer des différences visuelles entre les différentes formulations de béton. Ce protocole peut être réalisé par une personne, avec un rythme d'un mélange de béton par semaine. / In Quebec, concrete pavements quickly lose their grip over time. This is why the Quebec Ministry of Transport and Sustainable Mobility wants to identify a concrete mix that does not present problems with wear and premature loss of adhesion. The objective of this project is to create an experimental protocol allowing the wear and loss of grip of concrete pavements to be reproduced in the laboratory, reliably and relatively quickly. Such a protocol will indeed make it possible to evaluate the performance, in the face of wear, of different concrete formulations incorporating a variety of coarse and fine aggregates, as well as different cement matrices. This MSc dissertation presents a review of the different types of concrete pavements used in Quebec as well as the different existing means of measuring their adhesion. Then, it describes field interventions aimed at measuring, using specific devices, the skid resistance of concrete roads in the Montreal region. Finally, it presents the calibration of the Three-Wheel Polishing Device (TWPD) for conditioning concrete slabs in the laboratory. This conditioning process is accompanied by the implementation of different means of measurement, from wear and adhesion, to friction and the profile of the slabs. Finally, the protocol developed as part of this project makes it possible to obtain significant differences in macro-texture between slabs incorporating two large aggregates of very different nature, namely a granite aggregate and a dolomitic aggregate. It results in a wear depth of 2 mm, which allows visual differences to be observed between different concrete mixes. This protocol can be carried out by one person, with a rate of one concrete mixture per week.

Depuis plusieurs années, le béton projeté a été utilisé pour la stabilisation des talus et le renforcement des structures dégradées. À ce jour, il est également utilisé pour construire des éléments complets tels que des murs de refend, colonnes, coquilles minces, revêtements de tunnels et poutres. Cependant, depuis quelques années, les ingénieurs en structures ont soulevé une préoccupation particulière concernant la qualité d'enrobage des barres d'armature. En effet, des imperfections peuvent être créées spécifiquement derrière les barres d'armature si le béton n'est pas projeté correctement ce qui pourrait provoquer la rupture prématurée des éléments structuraux. Essentiellement, peu de recherche a été faite à ce sujet et les recommandations courantes reposent sur des fondements entièrement empiriques servant uniquement à évaluer la qualité de l'enrobage de barres d'armature des carottes des panneaux de caractérisation. Cette étude a pour but d'augmenter les connaissances scientifiques concernant la réduction de l'adhérence entre les barres d'armature et le béton causé par ces imperfections afin d'inclure ce phénomène dans les guides destinés à l'inspection et à la conception des structures en béton projeté. Pour contrebalancer la perte d'adhérence, le cas échéant, des facteurs de modification pour l'équation de la longueur de développement des barres d'armature en traction est proposée. À cette fin, l'étude présente une phase expérimentale, une phase de modélisation et finalement une phase analytique. La phase expérimentale inclut des éprouvettes de type « pull-out » faites en béton projeté et en béton coulé ayant des vides artificiels (pour recréer les imperfections parfois observées en béton projeté). Des éprouvettes de type « beam-end » coulées avec des vides artificiels ont également été testées. La phase de modélisation inclut seulement des éprouvettes de type « beam-end » et les principaux résultats étudiés comportent la charge maximale et le type de rupture des éprouvettes, lesquels se sont montrés influencés principalement par la longueur transversale des vides (périmètre non-adhéré) et le recouvrement du béton. Les résultats ont permis d'établir des périmètres non-adhérés limites pour lesquels une rupture par déchaussement pourrait survenir. Cependant, puisqu'une certaine perte d'adhérence a été observée même avant les limites établis, la phase analytique a permis de proposer des facteurs de modification pouvant être utilisés avec l'équation de la longueur de développement. Ainsi, des recommandations ont été développées pour permettre aux ingénieurs de prendre des décisions concernant l'intégrité des structures pendant les inspections ou d'inclure le béton projeté lors de la conception de ces structures si des vides sont relevées ou susceptibles d'être créés derrière les barres d'armature. / For many years, shotcrete (sprayed concrete) has been used for slope stabilization and the reinforcement of degraded structures. Nowadays, it's also used to build full-depth structural reinforced concrete elements such as shear walls, columns, thin shells, tunnel linings and girders. However, concerns regarding the encapsulation quality of the reinforcing bars have been raised by structural engineers. Indeed, imperfections could be created specifically behind the reinforcing bars if concrete is inappropriately sprayed which could cause the premature failure of structural elements. Essentially, very little research has been completed on the subject and the current guidelines rely completely on empirical evidence which serves only to evaluate the encasement quality of reinforcing bars from cores taken from pre-construction panels. This study aims to increase the scientific understanding regarding the bond stress reduction between reinforcing bars and concrete caused by the presence of such imperfections in order to include this phenomenon in the current inspection and design guidelines for shotcrete structures. To counteract the bond stress loss, if any, modification factors to be used in conjunction with the development length equation of reinforcing bars in tension is proposed. To do so, the study includes an experimental, a modeling and lastly an analytical phase. The experimental phase includes sprayed as well as cast in-place with artificial voids (to recreate the imperfections observed when shotcrete is incorrectly applied) "pull-out" specimens. Cast in-place "beam-end" specimens with artificial voids were also studied. The modeling phase only includes "beam-end" specimens and the main studied results were the ultimate load and the mode of failure of the specimens which were found to be mainly influenced by the transversal length of the voids (or un-bonded perimeters) and the concrete cover. The results allowed to establish un-bonded perimeters limits beyond which a possible reinforcing bar pull-out failure could occur. However, since a certain bar stress loss was still observed even below the limits established, the analytical phase served to propose modification factors to be used in conjunction with the development length equation. Thus, important guidelines have been created for structural engineers allowing them make decisions regarding the integrity of shotcrete structures during the inspection phase or to take into account shotcrete during the design phase of structures if imperfections are observed or are susceptible to be created behind the reinforcing bars.

Ce mémoire présente les résultats de l’étude de l’adhérence entre les barres en polymères renforcés de fibres de Basalte (PRFB) et le béton. Cinquante-quatre cylindres renforcés par des barres en PRFB et dix-huit cylindres renforcés par des barres en polymères renforcés de fibres de fibres de Verre (PRFV) ont été testés par le test d’arrachement. Les paramètres des tests incluent le type de la barre utilisée, le diamètre de la barre, la longueur d’ancrage et le nombre de cycles de gel-dégel (100 et 200 cycles). Les courbes adhérence-glissement des barres en PRFB et PRFV révèlent la même tendance. Les influences des différents paramètres sur l’adhérence ont été analysées. Les modèles analytiques BPE, BPE-modifié et CMR ont été calibrés pour décrire la relation adhérence-glissement des barres en PRFB. Les résultats montrent la capacité des barres en PRFB à remplacer les barres en PRFV dans le renforcement des structures. / This thesis presents the test results of a study on the bond behavior of basalt fiber-reinforced polymers (BFRP) bars in concrete. Forty-five cylinders reinforced with BFRP bars and eighteen cylinders reinforced with glass fiber-reinforced polymer (GFRP) bars were tested in direct pullout conditions. Test parameters included the FRP material, the bar diameter, the bar’s embedment length in concrete and the number of freeze-and-thaw cycles (100 and 200 cycles). Bond-slip curves of BFRP and GFRP bars revealed similar trend. All BFRP specimens failed in a pullout mode at the bar-epoxy interface. The influence of various parameters on the overall bond performance of BFRP bars is analyzed. The BPE, modified-BPE, and CMR analytical models were calibrated to describe the bond-slip relationships of BFRP bars. Results demonstrate the promise of using BFRP bars as an alternative to GFRP bars in reinforcing concrete elements.

L’utilisation des plasmas dans le domaine du traitement de surface est de plus en plus répandue, en particulier pour améliorer l’adhérence d’un système revêtement-substrat. Après s’être retrouvés chez les polymères synthétiques, les traitements assistés par plasma ont fait progressivement leur apparition dans le domaine du bois afin de répondre aux besoins de l’industrie forestière qui utilise les revêtements et les adhésifs. Bien que plusieurs travaux de recherche ont pu démontrer le potentiel des plasmas pour ces industries, la physique et la chimie gouvernant l’interaction plasma-bois ainsi que son rôle sur les propriétés d’adhérence demeure embryonnaire. Ce projet de maîtrise démontre que les traitements plasmas DBD à la pression atmosphérique modifient la surface du bois selon divers mécanismes tels que le mouvement d’extractibles en surface, la fonctionnalisation chimique ainsi le greffage de radicaux libre.

Il a été démontré que l'installation d'ancrages époxydiques à l'aide de barres d'armatures en acier constitue une méthode efficace de renforcement à l'effort tranchant de dalles épaisses en béton armé. Toutefois, le développement d'une méthode de conception pour ce type de renforcement est actuellement laborieux, puisque très peu de projets de recherche ont étudié l'évolution de d'adhérence de ces ancrages époxydiques lors de l'application d'une charge de traction. Par ailleurs, cette méthode de renforcement a été étudiée, puis testée sur des éléments de béton sain, c'est-à-dire sans endommagement pathologique, ce qui entraine un certain questionnement sur la performance de l'adhérence des ancrages époxydiques de barre d'armature ancrés dans un béton endommagé. Le présent projet de recherche étudie donc, dans un premier temps, la résistance à l'adhérence et le comportement de l'ancrage lors d'un chargement uniaxial en traction des ancrages époxydiques de barre d'armature ainsi que l'effet sur ce comportement de l'endommagement, et ce principalement des fissures créées par le développement de la réaction alcalis-silice (RAS) à l'intérieur de la matrice de béton. La contrainte d'adhérence a été étudiée au moyen d'essais d'arrachement réalisés sur des longueurs d'ancrage de 2d [indice b], 4d [indice b] et 5d [indice b] avec des armatures 15M (d [indice b] = 15,9 mm). Ces essais ont permis de démontrer une chute de la résistance maximale à l'adhérence pour des longueurs d'ancrage plus grandes ou égales à 4d [indice b] lorsque le béton est atteint de RAS. Par ailleurs, le projet révèle que la progression de la RAS, et donc la progression de l'expansion du béton, entraine un confinement de l'ancrage époxydique qui augmente sa résistance à l'adhérence. / Research projects from Université Laval had demonstrated that the installation of epoxy-bonded anchors with steel reinforcing bar is an effective shear strengthening method for existing concrete thick slab structure. However, the development of a design method for this type of reinforcement is currently hazardous, since very few available literatures focus on the bond behaviour of epoxy-bonded anchors. In addition, this method of rehabilitation has largely been studied and tested on sound concrete elements, i.e. without any pathological damage, which raises the question of the bond behaviour on existing damaged elements. This investigation studies the bond behaviour of epoxy-bonded anchors, the influence of alkali-silica reaction (ASR) on the bond behaviour and, finally, the progress of ASR deleterious mechanisms over the capacity of epoxy-bonded anchors. Pull-out tests on epoxy bonded anchors of embedded length 2d [indice b], 4d [indice b] and 5d [indice b] with 15M reinforcing bars (d [indice b] = 15,9 mm) were performed to encounter the previously mentioned objectives. These tests have demonstrated a drop in bond strength for embedded length exceeding 4d [indice b] when concrete is affected by ASR. In addition, the study revealed that the progression of concrete expansion due to ASR, leads to a confinement of the epoxy-bonded anchor and increases the bond strength.

Le lois qui régissent le monde macroscopique ne s’appliquent pas toujours aux nanodomaines.<p>Beaucoup de problèmes sont rencontrés lors de micromanipulations. Ces problèmes nécessitent d’être étudiés afin de pouvoir concevoir et produire des outils performants en micromécanique. A l’´echelle microscopique,<p>les forces qui prédominent sont les forces de van derWaals, de capilarité et électrostatiques.<p>Ce travail a pour thème les forces électrostatiques car elles sont les moins étudiées.<p><p>Le but de ce projet est le développement d’un outil de simulation afin d’étudier les forces électrostatiques adhésives. Ce problème implique la compréhension de certains mécanismes comme l’électrification de contact. En pratique, le but sera de trouver des solutions pour contrôler les forces électrostatiques lors de la conception de micromanipulateurs et de développer des stratégies pour la micromanipulation. Ceci est possible grâce à un outil de simulation et à l’étude de la littérature. La particularité<p>des simulations repose sur la prise en compte des paramètres de rugosité grâce à l’utilisation de la<p>fonction fractale de Weierstrass-Mandelbrot.<p><p>La première partie est dédiée à la revue de la littérature afin de comprendre les principes fondamentaux de l’électrostatique, les applications, et de répertorier les modèles de prédiction existants. Un outil de simulations est présenté et validé dans la seconde partie ainsi que le choix de la représentation fractale de la rugosité. Enfin, un banc de mesures de nano-forces est présenté qui permet de valider<p>les resultats des simulations. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Nowadays, the assembly of small (<1mm) components has become an industrial reality. Many domains like MEMS, surgery, telecommunications, car industry, etc. now have large use of micro-parts. At this scale, predominant forces are different than in macroworld. The pieces often undergo adhesion problems. The adhesion forces can be splitted in different components :van der Waals, electrostatics and capillary condensation. This work focuses on capillary condensation as it often can be the major component of the adhesion force. <p><p>The first part of this work details a review of literature of different fields involved in capillary condensation. A simulation tool is then implemented and theoretically validated in the second part of the work. Finally, a test bed is presented; this bed is then used to experimentally validate the simulation results.<p><p>Experiments and simulation results are shown to concord. Therefore, the simulation tool can be used to model the force due to capillary condensation. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished