Les systèmes à matrice cimentaire renforcée de fibres (MCRF) ont été récemment présentés comme une technique innovante de renforcement/réparation externe pour les structures en béton armé et en maçonnerie. Alors que les systèmes MCRF ont prouvé leur efficacité pour renforcer les structures simplement appuyées en termes de capacité et de ductilité, notre connaissance sur le renforcement des structures à multi-portées avec les systèmes MCRF est encore limitée. L'importance de ces structures peut être fréquemment constatée dans la plupart de nos infrastructures telles que les ponts et les garages de stationnement. Cette étude fait partie d'un grand projet qui vise à comprendre le comportement des structures à multi-portées renforcées par les systèmes MCRF. Le programme expérimental consistait des poutres à grande échelle et à deux travées qui ont été testées après avoir été renforcées par des systèmes de polyparaphénylène benzobisoxazole (PBO-MCRF) avec des différents ratios de renforcement négative/positive et avec des différents nombres de couches de renforcement. Les résultats ont confirmé que le renforcement à l'aide de PBO-MCRF a considérablement amélioré la ductilité et la capacité de flexion des poutres renforcées. Malgré le renforcement, les sections déficientes renforcées avec les systèmes MCRF étaient capables de redistribuer les moments jusqu'à 37 %, ce qui représentait 93 % de la capacité de redistribution de leurs homologues dans la poutre contrôle non renforcée. Ces résultats ont suggéré la révision des formulations de la norme Canadienne CSA et le guide ACI qui interdisaient la prise en compte de la redistribution des moments dans la conception des éléments renforcés à l'externe. De plus, un modèle d'éléments finis 3D (MEF) a été développé pour simuler le comportement en flexion non linéaire des poutres renforcées par les systèmes MCRF à l'aide d'ABAQUS. Les résultats numériques ont démontré un bon accord avec les résultats expérimentaux en termes de modes de rupture, de capacité, de ductilité et de redistribution des moments entre les sections critiques. Une étude paramétrique a ensuite été menée pour étendre les résultats obtenus et pour évaluer d'autres paramètres qui n'ont pas été inclus dans le travail expérimental. / Fabric-reinforced cementitious matrix (FRCM) systems have been recently presented as an innovative external strengthening/repair technique for reinforced concrete (RC) and masonry structures. While FRCM systems have proven their efficacy to strengthen simply supported RC structures in terms of flexure capacity and ductility, very little is known about the flexural strengthening of multi-span structures with FRCM systems. The importance of those structures can be frequently noted in most of our infrastructures such as bridges and parking garages. This study is part of a large project that aims at understanding the behavior of FRCM-strengthened multi-span RC structures. The experimental program consisted of testing large-scale two-span beams after being strengthened by Polyparaphenylene benzobisoxazole (PBO-FRCM) systems with different hogging-to-sagging strengthening ratios and different number of strengthening layers. The results confirmed that strengthening using PBO-FRCM significantly enhanced the ductility and the flexural capacity of the strengthened beams. Despite strengthening, the deficient sections strengthened with FRCM systems were capable to redistribute moments up to 37%, which represented 93% of the redistribution capacity of their counterpart sections in the unstrengthened control beam. These findings suggested the revision of the provisions of the CSA and ACI formulations that prohibited the consideration of moment redistribution in the design of externally bonded strengthened elements. Moreover, 3D finite element model (FEM) was developed to simulate the nonlinear flexural behavior of the FRCM-strengthened beams using ABAQUS. The numerical results demonstrated a good agreement with the experimental results in terms of the failure modes, the load-carrying capacity, the ductility, and the moment redistribution between the critical sections. A parametric study was then conducted to extend the obtained results and to assess other parameters that have not be included in the experimental work.

L’objectif général du projet est de valider l’existence d’un effet d’échelle liant temps d’initiation de la corrosion à la taille des éléments en béton armé. Dix-huit poutres ont été fabriquées avec les mêmes caractéristiques, soit : la même section transversale, le même gâchage de béton, le même lot d’acier, la même épaisseur de béton de recouvrement et les mêmes conditions de cure. Le seul facteur qui diffère entre les poutres est la longueur. Six poutres ont été construites avec une longueur de 0,60 m, six de 1,80 m et six de 3,00 m. Les éléments ont été exposés à un environnement salin (3% de NaCl) avec des cycles de mouillage de 2,5 jours et de séchage de 4,5 jours. Il a été confirmé que la taille des éléments en béton armé a une influence sur le temps d’initiation de la corrosion. Ce dernier diminue lorsque la taille de l’élément augmente. / The main objective of the study was to validate the existence of a scale effect of the initiation corrosion time related to the size of the reinforced concrete elements. Eighteen beams were poured with the same characteristics: same cross-section, same concrete pouring, same steel batch, same thickness of concrete and same curing conditions. The only difference between the beams was their length. Six beams were built to the length of 0.60 metres, six to 1.80 metres and six to 3.0 meters. The elements were exposed to a saline environment (3% of NaCl) with wetting cycles of 2.5 days and drying cycles of 4.5 days. It was confirmed that in the work conditions of the project, the size of the reinforced concrete elements has an influence on the corrosion initiation time. The initiation time decreases as the size of the element increases.

La corrosion des aciers d’armatures résultant de la pénétration des ions chlorure est un problème important qui réduit de manière significative la durée de vie des structures en béton armé exposées à un environnement maritime ou à des sels de déglaçage. Ce mémoire présente une étude de l’initiation de la corrosion sur des éprouvettes de mortier armé ainsi qu’une étude du comportement de barres d’armature corrodées. L’objectif général des travaux de maîtrise était d’étudier l’influence réelle de la minéralogie du ciment sur les mécanismes d’initiation de la corrosion des armatures. En plus de contribuer à l’élaboration d’un outil de prédiction de la durée de vie des ouvrages en béton armé exposés à la pénétration des ions chlorure, ce projet a permis de générer des informations permettant aux ingénieurs de la pratique et aux gestionnaires d’ouvrages d’optimiser la formulation des bétons et d’améliorer la durabilité des structures. Le projet était séparé en deux parties. La première partie portait sur l’identification d’une concentration seuil en ions chlorure requise pour initier la corrosion. Les éprouvettes de mortier ont été soumises à des conditions d’expositions contrôlées (cycles de mouillage-séchage). L’évolution de la corrosion a été suivie par des méthodes électrochimiques non-destructives. Les différents facteurs à l’étude ont été le rapport eau sur ciment (e/c), la minéralogie du ciment et le type de préparation des barres d’armature. Les résultats de l’étude de la pénétration des ions chlorure dans les matériaux cimentaires et de sa conséquence sur l’initiation de la corrosion sont présentés. La deuxième partie du projet était d’étudier l’effet de la corrosion sur les propriétés mécaniques des armatures. Les résultats de la mise en traction de barres ayant des degrés de corrosion spécifiques sont également présentés. Selon les résultats obtenus, une diminution du rapport e/c et une augmentation de la teneur en C3A ont été deux facteurs favorisant un temps d’initiation de la corrosion plus élevé. De plus, les barres préparées au jet de sable ont offert une meilleure résistance à la corrosion que les barres brossées. En outre, le temps de fissuration des éprouvettes semblaient être indépendant du rapport e/c et de la minéralogie (teneur en C3A). La concentration critique en ions chlorure totaux requise pour initier la corrosion, trouvée au cours de l’étude, a été d’environ 0,3 % en masse de mortier sec ou 1,2 % en masse de ciment. Cette concentration seuil a pu être évaluée avec précision à l’aide d’éprouvettes avec et sans barres. De plus, la concentration critique a semblé indépendante de la teneur en C3A, du type de préparation de barres (brossé ou préparé au jet de sable) et du rapport e/c. / Chloride-induced corrosion of steel reinforcement is an important issue that greatly decreases the service life of all concrete structures exposed to marine environments or de-icing salts. This study analysed the phenomenon of corrosion initiation on reinforced mortar specimens and the behavior of several corroded reinforcing bars. The main objective of the study was to observe the actual influence of cement mineralogy on the various mechanisms of corrosion initiation on steel reinforcement. Contributing to the elaboration of a tool that will be able to predict the service life of a reinforced concrete structures exposed to chlorides, this research also allowed to put forward new information for the civil engineering community, helping engineers and owners optimizing concrete formulations, and improving the durability of concrete constructions. The project was divided in two parts. The first one is aimed at isolating a threshold concentration of chloride-ions that would initiate corrosion. The mortar specimens were exposed to chloride-ions in a controlled environment, by chloride ponding, and the evolution of corrosion was observed with non-destructive electrochemical measurements. Different factors were taken into consideration during these tests: the water/cement ratio, the cement mineralogy, and the various type of reinforcing bars preparation. Going trough this paper, you will learn about the consequences that come from the variation of these factors on the corrosion initiation. The second part of the project studied the effects of corrosion on the mechanical properties of steel reinforcement. The data that resulted from the traction tests, on the bars, at different corrosion levels, are also presented in this document. According to the results of the study, reducing the water/cement ratio and increasing the C3A content led to a longer corrosion initiation time. As for the cracking time of the different mortar specimens, it appeared to be independent from these two factors. Moreover, sandblasted bars were found to be a lot more resistant to corrosion than the brushed bars. In the end, the critical concentration of chloride-ions was found to be around 0.3% by weight of dry mortar or 1.2% by weight of cement. This threshold value was precisely evaluated studying different specimens with and without bars. Furthermore, this threshold value seems independent of the concentration of C3A, the type of bar preparation or the water/cement ratio.

No description available.

Le comportement à l’effort tranchant des structures en béton armé est un sujet étudié depuis plus d’un siècle. Bien qu’aujourd’hui la compréhension du comportement de ces structures s’est considérablement améliorée, aucune théorie universellement acceptée ne permet de considérer l’ensemble des phénomènes régissant leur comportement à l’effort tranchant. L’étude réalisée dans cette thèse montre que ces théories sont insuffisantes pour prédire le comportement des structures post-renforcées à l’effort tranchant. Une meilleure compréhension des différents mécanismes de résistance à l’effort tranchant agissant dans ce type de structure est donc requise. Les méthodes de post-renforcement étudiées consistent à forer des ouvertures à l’intérieur d’une dalle épaisse afin d’y ancrer des barres de renforcement. Selon le type d’ancrage utilisé, les méthodes de post-renforcement peuvent se départager en deux catégories. Un renforcement est dit adhérent lorsque l’ancrage est assuré par un adhésif permettant de transférer l’effort le long des barres au béton. Un renforcement est dit non adhérent lorsque le transfert d’effort s’effectue uniquement à l’extrémité des barres, à l’endroit où un ancrage mécanique assure une butée entre les barres et le béton. L’étude des méthodes de post-renforcement a montré que celles-ci peuvent augmenter significativement la résistance des éléments postrenforcés. Or, le comportement des barres de post-renforcement affecte le comportement à l’effort tranchant et les mécanismes de résistance. Les théories actuelles permettant de prédire la résistance à l’effort tranchant s’appliquant aux structures renforcées d’étriers conventionnels ne peuvent être utilisées directement. L’objectif de cette thèse est donc de développer un modèle permettant d’évaluer le comportement et la résistance à l’effort tranchant des structures en béton armé post-renforcées. L’étude des membrures en béton post-renforcées de barres adhérentes fait l’objet de la première partie de cette thèse. En s’appuyant sur les essais expérimentaux réalisés antérieurement à l’Université Laval, des lois de comportement et des modèles numériques permettant d’analyser l’adhérence des barres collées ont été développés. En incluant ces lois comportementales dans des analyses non linéaires par éléments finis, la réponse et les mécanismes de résistance à l’effort tranchant ont été étudiés. Le développement d’outils mathématiques permettant d’évaluer le comportement de barres collées a permis de proposer une méthode de calcul de la résistance à l’effort tranchant. Cette méthode considère l’effet du comportement en adhérence sur la résistance à l’effort tranchant offerte par l’armature de cisaillement, Vs, et par le béton, Vc. Une quantité minimale d’armature de cisaillement ainsi que des critères d’espacement adaptés à ce type de renforcement adhérent ont également été proposés. Cette méthode a permis de mieux prédire la résistance des éléments post-renforcés de barres adhérentes. En deuxième partie de cette thèse, les mécanismes de résistance à l’effort tranchant des éléments en béton armé post-renforcés de barres non adhérentes ont été étudiés. Pour ce faire, le comportement expérimental des éléments testés a été examiné puis comparé aux résultats des analyses non linéaires par éléments finis. Bien que la norme S6-14 ne permet pas de prédire la résistance des éléments post-renforcés, le comportement et la résistance de ces structures ont pu être prédits adéquatement par des analyses par éléments finis. L’analyse des essais expérimentaux et des modèles éléments finis ont montré que l’effort tranchant repris par les barres transversales est directement proportionnel à l’ouverture des fissures, à la rigidité des ancrages et à la précontrainte verticale du post-renforcement. Un modèle est proposé afin d’évaluer l’effort reprit par ces barres en fonction de ces paramètres. Les analyses numériques par éléments finis montrent également que l’effort tranchant est essentiellement repris par les barres transversales non adhérentes, la bielle de compression directe agissant dans la zone de béton non fissurée et, dans une moindre proportion, par l’enchevêtrement des granulats . / Le comportement à l’effort tranchant des structures en béton armé est un sujet étudié depuis plus d’un siècle. Bien qu’aujourd’hui la compréhension du comportement de ces structures s’est considérablement améliorée, aucune théorie universellement acceptée ne permet de considérer l’ensemble des phénomènes régissant leur comportement à l’effort tranchant. L’étude réalisée dans cette thèse montre que ces théories sont insuffisantes pour prédire le comportement des structures post-renforcées à l’effort tranchant. Une meilleure compréhension des différents mécanismes de résistance à l’effort tranchant agissant dans ce type de structure est donc requise. Les méthodes de post-renforcement étudiées consistent à forer des ouvertures à l’intérieur d’une dalle épaisse afin d’y ancrer des barres de renforcement. Selon le type d’ancrage utilisé, les méthodes de post-renforcement peuvent se départager en deux catégories. Un renforcement est dit adhérent lorsque l’ancrage est assuré par un adhésif permettant de transférer l’effort le long des barres au béton. Un renforcement est dit non adhérent lorsque le transfert d’effort s’effectue uniquement à l’extrémité des barres, à l’endroit où un ancrage mécanique assure une butée entre les barres et le béton. L’étude des méthodes de post-renforcement a montré que celles-ci peuvent augmenter significativement la résistance des éléments postrenforcés. Or, le comportement des barres de post-renforcement affecte le comportement à l’effort tranchant et les mécanismes de résistance. Les théories actuelles permettant de prédire la résistance à l’effort tranchant s’appliquant aux structures renforcées d’étriers conventionnels ne peuvent être utilisées directement. L’objectif de cette thèse est donc de développer un modèle permettant d’évaluer le comportement et la résistance à l’effort tranchant des structures en béton armé post-renforcées. L’étude des membrures en béton post-renforcées de barres adhérentes fait l’objet de la première partie de cette thèse. En s’appuyant sur les essais expérimentaux réalisés antérieurement à l’Université Laval, des lois de comportement et des modèles numériques permettant d’analyser l’adhérence des barres collées ont été développés. En incluant ces lois comportementales dans des analyses non linéaires par éléments finis, la réponse et les mécanismes de résistance à l’effort tranchant ont été étudiés. Le développement d’outils mathématiques permettant d’évaluer le comportement de barres collées a permis de proposer une méthode iii de calcul de la résistance à l’effort tranchant. Cette méthode considère l’effet du comportement en adhérence sur la résistance à l’effort tranchant offerte par l’armature de cisaillement, Vs, et par le béton, Vc. Une quantité minimale d’armature de cisaillement ainsi que des critères d’espacement adaptés à ce type de renforcement adhérent ont également été proposés. Cette méthode a permis de mieux prédire la résistance des éléments post-renforcés de barres adhérentes. En deuxième partie de cette thèse, les mécanismes de résistance à l’effort tranchant des éléments en béton armé post-renforcés de barres non adhérentes ont été étudiés. Pour ce faire, le comportement expérimental des éléments testés a été examiné puis comparé aux résultats des analyses non linéaires par éléments finis. Bien que la norme S6-14 ne permet pas de prédire la résistance des éléments post-renforcés, le comportement et la résistance de ces structures ont pu être prédits adéquatement par des analyses par éléments finis. L’analyse des essais expérimentaux et des modèles éléments finis ont montré que l’effort tranchant repris par les barres transversales est directement proportionnel à l’ouverture des fissures, à la rigidité des ancrages et à la précontrainte verticale du post-renforcement. Un modèle est proposé afin d’évaluer l’effort reprit par ces barres en fonction de ces paramètres. Les analyses numériques par éléments finis montrent également que l’effort tranchant est essentiellement repris par les barres transversales non adhérentes, la bielle de compression directe agissant dans la zone de béton non fissurée et, dans une moindre proportion, par l’enchevêtrement des granulats. / Shear behavior of reinforced concrete structures has been studied for more than one century. Even if shear behavior is now better understood, a unique shear theory has not been commonly accepted yet. The study presented in this thesis shows that current theories cannot adequately predict the shear behavior of strengthened structures with post-installed reinforcement and a better understanding of shear is required for this type of members. The shear strengthening methods studied consist of adding drilled-in vertical reinforcing bars into a reinforced concrete structure. These bars can be bonded to the concrete with a high-strength epoxy adhesive, or anchored at their extremities to the structure with mechanical anchorages, such as steel plates and expansion anchorages. Experimental loading tests carried out at Université Laval on shear strengthened members confirmed the efficiency of these methods to increase the shear capacity. However, the post-installed reinforcing bars behavior affects the shear behavior of strengthened members and current theories considering typical stirrups are not applicable. The objective of this thesis is to develop a model that can be used to predict the shear capacity of reinforced concrete members strengthened with post-installed shear reinforcement. The first part of this thesis consists in analyzing the shear behavior of reinforced concrete members strengthened with epoxy-bonded bars. Based on experimental tests, a bond model and a numerical model were developed to analyze the behavior of bonded bars. Then, this bond behavior was introduced in a finite element model to analyze the response and the shear resistance mechanisms in strengthened members. It appears that the bond behavior affects the capacity of the epoxy-bonded bar at a crack as well as the crack width, reducing the shear reinforcement and aggregate interlock capacities. Based on these results, equations were proposed to determine the shear capacity provided by epoxy-bonded bars and by the aggregate interlock. A minimum amount and spacing criteria were also proposed for epoxy-bonded shear reinforcing bars. The method proposed in this thesis for strengthened members with epoxy-bonded bars adequately predicts the shear capacity of members tested in the literature. The second part of this thesis studies the shear resistance mechanisms in shear strengthened members with unbonded reinforcing bars. The behavior of tested members and finite element models were analyzed and compared. While the CHBDC is not appropriate to predict the shear capacity of members with unbonded bars, FE analyses showed a good match with experimental tests. These results showed that a large portion of shear is transferred by unbonded shear reinforcement. The main parameters affecting this mechanism are the critical shear crack width, the unbonded bars stiffness (including the stiffness of anchorages) and the bars prestressing. For the analyzed members, FE results also showed that a large part of shear is carried by a direct strut action in uncracked concrete, while the portion of shear carried by aggregate interlock is relatively smaller

Une technique souvent employée dans la réhabilitation sismique est le confinement des poteaux en béton armé avec des polymères renforcés avec des fibres de carbone (PRFC). Plusieurs études ont démontré l'efficacité du PRFC dans le gain en ductilité des poteaux. Cependant, la longueur de la rotule plastique (lp) a démontré une variation significative lors d'essais réalisés à l'Université de Sherbrooke. L'analyse des résultats de ces essais a permis la vérification de l'influence de quelques facteurs sur lp. La longueur de la rotule plastique est un facteur important pour la prévision du déplacement ultime lors du dimensionnement parasismique à la performance base sur les déplacements. Cette longueur doit également être dimensionnée de façon particulière afin d'assurer son comportement ductile. La littérature présente plusieurs équations pour l'estimation de lp. Cependant, pour les poteaux confinés avec du PRFC, ces équations ne représentent pas totalement la réalité. Vu la nécessité de l'estimation de lp pour les poteaux confinés avec des PRFC, ce projet a pour but la détermination d'une nouvelle équation pour les poteaux confinés avec du PRFC. Cette équation tient compte du taux de charge axiale et du taux de confinement de l'acier transversal. Le programme expérimental consiste en la réalisation d'essais en flexion-compression sur 5 poteaux en béton armé. Les poteaux ont 2650 mm de hauteur et 300 mm de diamètre. Les essais ont permis la réalisation des courbes force vs déplacement, moment vs courbure et déplacement vs hauteur. Ces courbes ont été utilisées dans l'étude du comportement des poteaux. Pour la détermination de la longueur de la rotule plastique, plusieurs mesures ont été prises dans la région endommagée. Ces mesures ont été utilisées dans la détermination d'une nouvelle équation de lp. Les résultats de la nouvelle équation donnent des valeurs plus réelles lorsque comparés avec les valeurs trouvées par le programme expérimental et à celles provenant d'autres travaux de recherche. D'autres facteurs pourront être étudiés afin de rendre l'équation plus précise. [symboles non conformes]

Corrosion of steel reinforcement causes continual degradation to the worldwide infrastructures and it has prompted the need for challenges to those involved with reinforced concrete structures. Recently, the use of fibre-reinforced polymers (FRP) tubes as structurally integrated stay-in-place forms for concrete members, such as beams, columns, bridge piers, piles and fender piles has emerged as an innovative solution to the corrosion problem. In such integrated systems, the FRP tubes may act as a permanent form, often as a protective jacket for concrete, and especially as external reinforcement in the primary and secondary directions such as for confinement. Furthermore, the use of concrete-filled FRP tubes (CFFT) technique is predicated on performance attributes linked to their high strength-to-weight ratios, expand the service life of structures, enhance corrosion resistance, and potentially high durability. This dissertation evaluates the axial and flexural performances of reinforced CFFT through experimental and analytical investigations. The details description and the findings of the investigations are presented through seven articles. To fulfill the objectives of this research, an experimental program has been designed including pure compression tests (33 specimens), axial-eccentric load tests (4 specimens) and pure flexure tests (10 specimens). Experimental investigations of the behaviour of CFFT have generally been carried out without using internal longitudinal reinforcement. The CFFT system of this study consists basically of filament-wound glass FRP tubes filled with concrete and reinforced internally with steel or FRP bars. Five types of new FRP tubes have been used with different thicknesses and two different diameters, 152 and 213 mm. Pure compression tests have been conducted on 40 specimens with a total height ranging from 305 mm to 1520 mm. One of the main objectives of testing these specimens is to evaluate the design equations of the North American codes and design guidelines to predict the ultimate load capacities of reinforced and unreinforced short CFFT columns. In addition, the effect of three parameters and their interactions on the buckling behaviour were investigated for these specimens; namely, the FRP tube thickness, concrete compressive strength, and slenderness ratio. The effect of eccentric load on the behaviour of four CFFT specimens of diameters 152mm and long 912mm, has been evaluated using four different eccentricity values (15, 30, 45 and 60 mm). Based on the finding of experimental and theoretical investigation for the CFFT columns, a new confinement model is proposed for the confined concrete compressive strength of the CFFT cylinders. Also, the design equations are modified to accurately predict the ultimate and yield loads capacities of internally reinforced and unreinforced short CFFT columns. In addition, the theoretical analysis was utilized to correlate the slenderness ratio of the CFFT columns to various material characteristics and geometric properties of the FRP tubes and concrete. It was found that a slenderness ratio of 12 gave a safe value for the design purposes. However a more precise formula for the slenderness ratio was proposed to control the buckling mode of failure. Pure flexural tests have been conducted on 10 RCFFT and RC beams of a total length 2000 mm with constant diameter 213 mm. The test variables were the type of internal reinforcements (steel or GFRP bars), the FRP tube thickness, concrete compressive strength and the type of transverse reinforcements (spiral steel or FRP tubes). The influence of the considered variables on the flexural behaviour of the tested RCFFT beams is presented. A simplified analytical method is developed to predict the yield and resisting moments corresponding to the failure modes of the tested RCFFT beams. The analysis was conducted according to the equations derived from linear elastic analysis. This analysis was found to be acceptable for predicting the ultimate and yield moments capacities of the FRP or steel-RCFFT beams. In addition, an analytical investigation to examine the validity of the available design provisions for predicting the load-deflection response of CFFT is conducted. The effective moments of inertia of the tested beams are analyzed using the different available code, manuals and design guidelines equations. The results of the analysis are compared with the experimental values. It has been found that the predicted tension stiffening for steel or FRP-RCFFT beams using the conventional equations (steel or FRP-RC member) is underestimated and hence the predicted deflections are overestimated. Based on the experimental data obtained in this study, new proposed equations and a modified expression for the effective moment of inertia of a simply supported CFFT beams reinforced with steel or GFRP bars are introduced.

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.

The standard design procedure of reinforced concrete frame structures starts with linear analysis to obtain the corresponding diagrams of stress resultants (bending moment, shear and axial force), followed by the ultimate analysis of each cross section. The main disadvantage of such a design procedure concerns the (highly) statically indeterminate frames, where the failure of each beam or column would not imply the complete failure of the structure, but would lead to a significant stress resultant redistribution with respect to the result obtained by linear analysis. For that reason, we propose the performance based design procedure where the behavior until complete failure of beam-column and frames imposes to consider so-called plastic hinges corresponding to the zones where plasticity and/ or damage localizes. Engineering structures are usually statically indeterminate, so that the total failure of one member would affect the global response of the structure but it would not lead to a complete loss of the structural integrity. Moreover, being capable of describing the softening response of the members of one particular structure can provide an estimate of the residual life of a partially damaged structure. Such a procedure can also help to provide a more detailed crack description, which is needed to make decisions about the maintenance and repairs.

Les dormants ferroviaires sont des éléments importants de la structure des chemins de fer. Ils constituent le lien de transfert entre les rails et le sol. Conventionnellement, les dormants nord-américains sont faits avec des madriers de bois. Depuis plusieurs années, différents matériaux ont été utilisés dans le but de trouver un choix alternatif. L’acier, le béton renforcé d’armature d’acier ou bien les matériaux composites ont tous été des matériaux qui ont été proposés dans le passé. Avec le temps, tous ces matériaux se détériorent et doivent être remplacés. L’objectif principal de cette étude est de trouver une solution alternative économique et durable composée de béton et de polymères renforcés de fibres de verre, de carbone ou de basalte (PRFV, PRFC, PRFB). Cette étude comprend deux volets principaux. Le premier volet porte sur les essais expérimentaux de 19 spécimens pour un total de 32 essais. La longueur totale des spécimens testés est de 2590 mm et ceux-ci ont une section transversale ayant une forme trapézoïdale avec une hauteur varient longitudinalement entre 190.5 mm et 241 mm. Ces spécimens sont testés en flexion quatre points aux extrémités, là où l’assise du rail se situe, ainsi qu’au centre. Dans les deux cas, les essais sont faits sous un chargement représentant en un premier temps l’application d’un moment positif et en un deuxième temps d’un moment négatif. Le second volet porte sur la l’analyse des résultats obtenus lors des essais. Dans cette section, le réseau de fissuration, la flèche, la déformation des barres ainsi que la déformation du béton sont analysés plus en détail. Ensuite une comparaison entre les résultats expérimentaux et les prédictions théoriques est effectuée. Cette comparaison traite de la validation des résistances obtenues en fonction des différentes normes nord-américaines ainsi que selon les exigences minimales des lignes directrices établie par l’American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association (AREMA). Les résultats de cette étude profiteront aux compagnies propriétaires de réseau ferroviaire ainsi qu’aux fabricants d’éléments structuraux préfabriqués en béton armé. De plus, cette étude permettra le développement de réseaux ferroviaires plus durables pouvant accueillir des trains se déplaçant à de plus grandes vitesses et pouvant supporter de plus grandes charges lors du transport.