Thèses (M.Sc.A.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2000. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1998. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Titre de l'écran-titre (visionné le 12 juillet 2005). Bibliogr.

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.

Plusieurs pays nordiques qui utilisent des sels de déglaçage et les régions côtières bordées par les eaux salines sont confrontés à d’importants problèmes de corrosion affectant leurs infrastructures en béton armé. Afin de prolonger la durée de vie de ces ouvrages, les produits de mitigation de la corrosion présentent un réel intérêt. Dans le cadre de ce projet de recherche, deux traitements directs de mitigation de la corrosion ont été étudiés, soit les inhibiteurs de corrosion migrateurs et la protection cathodique par anode sacrificielle noyée, ainsi qu’un traitement à incidence indirecte sur la corrosion, soit le chemisage par tissu de fibres de carbone. L’objectif de cette recherche était de déterminer l’influence de ces approches sur la cinétique de corrosion mesurée dans des corps d’épreuve en béton armé préalablement corrodés. Pour ce faire, des mesures du suivi de l’activité électrochimique ont été réalisées sur les corps d’épreuve en béton armé, ayant fait l’objet d’un conditionnement préalable pour favoriser l’initiation de la corrosion, et comparées aux résultats de simulations numériques. Ni les mesures électrochimiques, ni les résultats générés dans les simulations n’ont révélé de réduction significative de l’activité de corrosion dans les corps d’épreuve. Pour les inhibiteurs de corrosion migrateurs testés, il est présumé que les produits n’ont pas été en mesure de pénétrer jusqu’à l’armature. Il semble toutefois que son efficacité repose sur une fonction secondaire qui est l’imperméabilisation du béton. En ce qui concerne les anodes sacrificielles, la résistivité électrique du béton empêche la formation efficace d’une pile galvanique entre celles-ci et la barre d’armature corrodée. Le modèle numérique a permis d’évaluer une diminution maximale du 63 % du courant de corrosion lorsqu’une anode sacrificielle est directement apposée contre la surface de corrosion active. Le chemisage avec tissu de fibres de carbone s’est quant à lui montré inefficace dans une perspective de mitigation de la corrosion à court terme. En effet, le taux de consommation de l’oxygène par l’activité électrochimique dans la dalle ne permet pas de diminuer significativement les courants de corrosion. / It is well known that corrosion of steel rebar is the most important degradation mechanism in reinforced concrete structures. Coastal regions bordered with saline water and northern countries using de-icing salts are faced with tremendous corrosion problems of their reinforced concrete structures. To enhance the lifespan of corroded concrete structures, corrosion mitigation products become more essential. In this research project, two direct mitigation treatments were studied, migrating corrosion inhibitors and cathodic protection with sacrificial anodes, as well as a secondary perspective treatment that is carbon fibre-reinforced polymers wrapping. The objective was to study the influence of mitigation products on corrosion rate in pre-corroded reinforced concrete specimens. The program is conducted throughout experimental phase that requires electrochemical monitoring on concrete specimens, preliminary corroded in a controlled environment, and a modeling phase for validation. In spite of the widespread use of these treatments, the experimental and numerical based results have shown no significant reduction of corrosion rates in the various specimens. For the tested migrating corrosion inhibitors, it is suggested that the products have not been able to reach the reinforcement. Nevertheless, their efficiency seems to be promoted by a secondary function that is the concrete waterproofing. Concerning the sacrificial anodes, the electrical resistivity of concrete hinders the formation of an efficient galvanic cell between the zinc pellet and the corroded rebar. The numerical model evaluated a maximum decrease of 63 % of the corrosion current in case the zinc pellet is place directly under the corrosion zone. Finally, wrapped polymer has not exhibited any significant short-term corrosion-mitigation effect in concrete. In fact, the rate of oxygen consumption associated with the electrochemical activity inside the test slabs is not enough to cause a significant decrease in the currents of corrosion.

Thèse de doctorat : Génie civil : Lille 1 : 2003. / Résumé en français. N° d'ordre (Lille) : 3288. Bibliogr. p. 163-167.

Depuis la première certification de lancier de béton projeté tenue par l’American Concrete Institute (ACI) au printemps 2001, ce programme de certification gagne continuellement en popularité. La certification des lanciers consiste à s’assurer que les lanciers sont en mesure de manipuler les équipements de projection de façon sécuritaire et d’appliquer le béton projeté de façon adéquate. Une partie importante de la certification consiste à évaluer l’enrobage des aciers d’armature sur des carottes prélevées d’un panneau rempli de béton projeté par le lancier. L’enrobage est jugé adéquat, ou non, par un évaluateur reconnu de l’ACI, selon une évaluation qualitative basée sur des paramètres reliés à la présence de vides ou de défauts derrière les barres d’armature. Toutefois, il existe peu d’information objective sur l’effet de la qualité d’enrobage. Ce mémoire présente des résultats expérimentaux portant sur l’évaluation des effets des défauts d’enrobage sur la durabilité et les propriétés structurales d’un ouvrage en béton projeté. Plus particulièrement, l’effet des défauts d’enrobage sur l’initiation de la corrosion des barres d’aciers d’armature et sur les propriétés d’adhérence de l’acier d’armature dans le béton est évalué. La consistance de projection (quantité d’eau ajoutée à la lance), l’épaisseur de recouvrement, les types de défaut créés derrière la barre par une mauvaise projection ont une importance majeure sur les propriétés d’un ouvrage en béton projeté. / Since the first shotcrete nozzleman certification held by the American Concrete Institute (ACI) in the spring of 2001, the program has continuously grown in popularity. The nozzleman certification consists of making sure that the nozzle operator are capable of operating shotcrete equipments and apply shotcrete in a safe and effective manner. A significant part of the certification program consists of evaluating the rebar encasement on specific core extracts from shotcrete panels. Encasement is considered adequate or not by an examiner accredited by the ACI, according to a qualitative evaluation based on established parameters such as the presence of voids or defaults behind bars. However, there is a limited amount of objective information available to determine what is acceptable or not as for the quality of an encasement. This document presents experimental results relating to the evaluation of the effects of defects on durability and structural properties of a shotcrete application. More particularly, the effect of a poor quality encapsulation on the initiation of corrosion of reinforcing bars and on the properties of the bond between reinforcing steel and shotcrete are visited. The shotcrete’s consistency (amount of water added at the lance), the concrete cover thickness, the types of defects created behind the bar by a poor workmanship have a major importance on the properties of a shotcrete work.

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.

Récemment, il y a eu une montée en popularité de l'utilisation de produits en polymère renforcé de fibres (PRF) collés à l'externe (EB) pour renforcer les structures en béton armé (BA). Cependant, cette technique a rencontré des limites de durabilité et des complications pratiques. En réponse à ces défis, la technique d'ancrage en surface proche (NSM) a émergé comme une alternative prometteuse pour renforcer les structures en BA, visant à surmonter ces lacunes. Les systèmes NSM-PRF se composent de barres ou de bandes qui sont incorporées dans des rainures préfabriquées dans le béton, en utilisant des adhésifs. Bien que la technique NSM ait été appliquée avec des barres traditionnelles en PRF de carbone (PRFC) et de verre (PRFV), l'introduction récente de PRF de basalte (PRFB) a élargi les options. Cependant, l'inclusion de barres PRFB dans les normes approuvées a été entravée par un manque de recherche sur leur efficacité en tant que renfort, en particulier dans les applications NSM. Notamment, les études précédentes n'ont pas examiné en profondeur leur utilisation en tant que barres NSM. De plus, l'utilisation de la technique NSM-PRF s'est principalement concentrée sur les poutres en BA, avec une exploration limitée de sa faisabilité pour renforcer les dalles en BA. L'application de cette technique aux dalles avec des ouvertures ou des dalles endommagées par la corrosion reste largement inexplorée. Étant donné la rareté d'informations sur son efficacité dans ces scénarios, une évaluation des performances de liaison et de la durabilité à long terme des barres NSM-PRF est impérative. Pour combler ces lacunes dans la littérature existante, cette étude vise à évaluer les performances des barres NSM à la fois au niveau des composants et au niveau des structures. Au niveau des composants, une investigation expérimentale et analytique sur les performances de liaison des barres NSM a été menée en deux étapes. Dans la première étape, 66 spécimens de liaison NSM en forme de C ont été construits et testés sous traction directe, incorporant divers matériaux tels que PRFV, PRFB, PRFC et acier inoxydable (SS). Les paramètres étudiés comprenaient la configuration de surface de la barre, la longueur collée de la barre et les types d'adhésifs. Les résultats ont indiqué que l'époxy surclassait les autres adhésifs, et les barres NSM-PRFB et PRFV déformées et sablées présentaient des résistances à la liaison similaires. Dans la deuxième étape, 78 spécimens de liaison en forme de C, renforcés avec des barres NSM-PRFB et PRFV, ont été soumis à des tests après exposition à des environnements agressifs. Les barres NSM-PRFB et PRFV ont démontré une excellente durabilité de liaison après 120 jours d'immersion dans de l'eau salée. Cependant, les spécimens soumis à des cycles d'humidification et de séchage ont présenté de légères variations de résistance à la liaison, tandis que ceux exposés à de l'eau salée pendant 30 et 60 jours et à des cycles de gel-dégel ont subi des pertes significatives de leur résistance à la liaison. Au niveau structurel, l'étude a examiné le comportement en flexion de dalles unidirectionnelles renforcées à l'aide de différentes configurations NSM. Les dalles renforcées avec des bandes EB-PRFC ont également été testées pour comparaison. Le programme expérimental comprenait 34 dalles à grande échelle (150 x 600 x 3000 mm), catégorisées en dalles sans dommages, dalles avec ouvertures découpées et dalles corrodées. Les résultats ont souligné l'efficacité remarquable des barres NSM-BFRP dans l'amélioration des performances en flexion des dalles renforcées. Numériquement, des modèles d'éléments finis 3D ont été développés pour simuler le comportement non linéaire des dalles renforcées avec les méthodes NSM et EB, avec ou sans ouvertures découpées. Les résultats ont montré une forte concordance avec les résultats expérimentaux. Analytiquement, les directives de conception décrites dans l'ACI 440 (2017) ont été évaluées. La conclusion était que les formulations de l'ACI fournissaient une prédiction raisonnable mais conservatrice de la résistance ultime des dalles renforcées avec les barres NSM. Enfin, cette étude a comblé le vide dans nos connaissances sur l'efficacité des barres PRFB en tant que barres de renforcement NSM. Les résultats de cette étude ont été diffusés à travers **six articles de revues** et **trois communications lors de conférences**, comme détaillé tout au long de la thèse. / Strengthening of reinforced concrete (RC) structures is a process that is increasingly inevitable and necessary. Recently, there has been a surge in the popularity of utilizing externally bonded (EB) fiber-reinforced polymer (FRP) products for strengthening RC structures. However, this technique has encountered durability limitations, practical complications, and vulnerability to mechanical damage and vandalism. In response to these challenges, the near-surface mounted (NSM) technique has emerged as a promising alternative to the EB methods for reinforcing RC structures, aiming to overcome their shortcomings. The NSM-FRP systems consist of bars or strips that are embedded in pre-made grooves in the concrete substrate, using adhesives characterized by their good bond to the surrounding concrete. While the NSM technique has been applied with traditional carbon-FRP (CFRP) and glass-FRP (GFRP) bars, the recent introduction of basalt-FRP (BFRP) has broadened the options. Yet, the inclusion of BFRP bars in approved FRP standards and codes has been hindered by a lack of research on their effectiveness as reinforcement, particularly in NSM applications. Notably, previous studies have not thoroughly investigated their use as NSM bars. Furthermore, the utilization of the NSM-FRP technique has predominantly focused on RC beams, with limited exploration into its feasibility for strengthening RC slabs. The application of this technique to slabs with cut-out openings or corrosion-damaged slabs, common in various engineering contexts such as parking garages, buildings, and bridges, remains largely unexplored. Given the scarcity of information on its efficiency in these scenarios, a comprehensive evaluation of the bonding performance and long-term durability of NSM-FRP bars is imperative. To address these gaps in the existing literature, this study aims to assess the performance of NSM bars at both the component level and the structural levels. On the component level, a comprehensive experimental and analytical investigation into the bond performance of NSM bars was conducted in two stages. In the initial stage, 66 C-shaped pullout NSM bond specimens were constructed and tested under direct pullout loading configuration, incorporating various materials such as BFRP, GFRP, CFRP, and stainless-steel (SS) bars. The parameters investigated included bar surface configuration, bonded length of the NSM bar, and types of adhesives. Results indicated that epoxy outperformed other adhesives, and both deformed and sand-coated NSM-BFRP and GFRP bars exhibited similar bond strengths. In the second stage, 78 C-shaped pullout specimens, reinforced with NSM-BFRP and GFRP bars, underwent testing after exposure to aggressive environments. The NSM-BFRP and GFRP bars demonstrated excellent bond durability after 120 days of immersion in salted water. However, specimens subjected to wet-dry cycles exhibited slight variations in bond strength, while those exposed to salted water for 30 and 60 days and freeze-thaw cycles experienced significant losses in their bond strength. On the structural level, the study investigated the flexural behavior of one-way RC slabs strengthened using various NSM configurations. Slabs strengthened with EB-CFRP strips were also tested for comparison. The experimental program involved 34 large-scale slabs (150 x 600 x 3000 mm), categorized into slabs with no damage, slabs with cut-out openings, and corroded slabs. The results highlighted the remarkable effectiveness of NSM-BFRP bars in enhancing the flexural performance of the strengthened slabs, even in scenarios involving lower steel reinforcement ratios. Numerically, 3D finite element (FE) models were developed to simulate the nonlinear behavior of the NSM- and EB-strengthened slabs, both with and without cut-out openings. The results showed strong agreement with the experimental findings. Analytically, the design guidelines outlined in ACI 440 (2017) were evaluated. The conclusion reached was that ACI formulations provided a reasonable yet conservative prediction of the ultimate strength of the NSM-strengthened slabs. Finally, this study has filled the gap in our knowledge about the efficacy of BFRP bars as NSM strengthening bars. The outcomes of this study have been disseminated through **six journal articles** and **three conference papers**, as detailed throughout the thesis.

La gestion des infrastructures routières en béton armé pose un problème important en Amérique du Nord. En effet, en plus de la dégradation des ouvrages causée par le vieillissement usuel (effet mécanique et exposition aux agents agressifs), la croissance des charges et du volume du trafic routier depuis la conception de ces ouvrages a entrainé une accélération de cette dégradation. Qui plus est, l'intégration récente dans les équations de calcul de résistance de certains mécanismes, notamment l'effet d'échelle en cisaillement amène des interrogations sur la capacité en cisaillement de certains types d'ouvrages, notamment les dalles épaisses sans armature de cisaillement. Suite à l'effondrement du Viaduc de la Concorde en 2006, une structure à dalle épaisse sans armature de cisaillement, le Ministère des Transports du Québec (MTQ), conjointement avec l'Université Laval, a entrepris une étude sur le renforcement en cisaillement de dalles épaisses (sans armature de cisaillement). La méthode étudiée consiste à insérer des barres d'armature crénelées dans des trous verticaux préalablement injectés d'époxy et percés à partir de la face supérieure des dalles. Pour réaliser cette étude, trois groupes de dalles de geometries différentes ont été confectionnés. La moitié de ces dalles a alors été renforcée avec la méthode décrite précédemment tandis que les autres dalles agissaient à titre de dalles témoins. L'ensemble des dalles a ensuite été soumis à des essais de flexion en trois points pour en déterminer le comportement sous sollicitation en cisaillement. Les résultats obtenus démontrent qu'un renforcement en cisaillement à l'aide de barres d'armature droites permet d'augmenter la charge et la flèche atteinte à l'ultime. Un tel renforcement permet aussi d'observer des fissures de cisaillement à une charge bien inférieure à la charge ultime, ce qui n'est pas le cas pour les dalles non renforcées, dont la rupture en cisaillement survient dès l'apparition d'une fissure de cisaillement. L'étude des dalles ainsi renforcées permet également d'observer un comportement post-pic beaucoup plus fragile que celui rencontré pour des dalles renforcées de façon usuelle en cisaillement avec des étriers fermés conventionnels.