Soutenance mémoire
Problématiques quant à la réhabilitation des poutres en béton à l’aide de PRF sous charges cycliques
En plus du contexte de déficience des ponts existants qui nécessitent le recours à des techniques de réhabilitation efficaces et d’exécution rapide, une problématique majeure de la réhabilitation est directement reliée au fait que ces structures sont soumises à des charges cycliques, générées par la circulation (trafic), notamment des poids lourds. Par ailleurs, les poutres de ponts en béton présentent des particularités quant au renforcement à l’aide de PRF comme suit :
1. Les problèmes associés à l’application des techniques conventionnelles de renforcement:
i) le chemisage, avec les problèmes de changement de la section et d’augmentation du poids propre;
ii) le collage des plaques métalliques, avec les problèmes de corrosion et d’augmentation du poids propre;
iii) la précontrainte extérieure, avec les problèmes de corrosion, d’installation et d’ancrage; et
(iv) le temps d’exécution des travaux assez long.
2. La plupart des poutres des ponts existants sont soit endommagées ou ne répondent plus aux nouvelles exigences des surcharges règlementaires de circulation (charges mobiles), compte tenu de l’évolution des normes de conception pendant ces dernières décennies.
3. Les problèmes de rupture prématurée associés à la complexité et à l’incompréhension du comportement en cisaillement des structures en béton, surtout sous charge de fatigue. En effet, les poutres sous charges cycliques peuvent subir différents modes de rupture en cisaillement qui sont attribués à plusieurs paramètres d’influence majeure : le niveau d’amplitude, la fréquence et le nombre de cycles de contraintes appliquées, le taux d’endommagement et la perte de rigidité atteintes avant le renforcement, ainsi que la dégradation accumulée par fatigue.
4. D’autres paramètres importants peuvent aussi contribuer à l’endommagement et donc nécessiter un renforcement. On peut citer : les effets environnementaux (cycles gel-dégel, haute température, rayonnement UV, humidité, acidité/alcalinité), la rupture par fluage, la corrosion des aciers d’armature, les erreurs de conception, l’exposition aux surcharges imprévues comme l’impact des tremblements de terre, ou encore le changement d’usage de la structure.
Retombées prévues (contributions originales)
Les recherches expérimentales réalisées dans le cadre de la présente étude vont contribuer à mieux comprendre l’évolution du comportement en fatigue des poutres en BA renforcées en cisaillement à l’aide de PRF collés en surface. En effet, la revue de la littérature révèle clairement que les recherches expérimentales et les études analytiques sur le comportement en fatigue des poutres en BA renforcées à l’aide de PRF sont très limitées. La majorité de ces études se rapportent au renforcement en flexion, tandis que très peu d’études ont été réalisées sur le renforcement en cisaillement. Ainsi, l’état des connaissances actuelles n’enregistrent pas assez d’études pour bien comprendre et examiner les mécanismes de résistance en cisaillement des poutres en BA renforcées à l’aide de PRF sous chargement de fatigue, en particulier les poutres de ponts. À ceci s’ajoute le manque de procédures de vérifications et de règles de conception à l’ÉLF adoptées par les normes et standards en vigueur relativement à ce sujet.
Il est donc à espérer que les résultats obtenus vont préparer le terrain pour de futures recherches afin de proposer des règles simples de dimensionnement, pouvant être intégrées dans les normes de conception et qui permettront aux ingénieurs d’aborder d’une manière rationnelle les problèmes inhabituelles de conception associés à ce sujet. Plus spécifiquement, les résultats de la recherche projetée vont :
1. Renseigner sur l’efficacité du renforcement en cisaillement des poutres en BA à l’aide de PRF collés en surface sous charges cycliques.
2. Enrichir la base de données sur la fatigue et ajouter à la littérature des résultats qui peuvent s’avérer utiles pour l’industrie de la construction afin d’outiller l’ingénieur aux prises avec des projets de réhabilitation des ponts.
Matériaux composites avancés (MCA) en polymères renforcés de fibres (PRF)
Les structures existantes en béton armé ont une durée de service limitée et se voient affectés par des problèmes de fonctionnalité, de résistance et de durabilité sous différents types de chargement (flexion, cisaillement, torsion, fatigue, etc.). Pour cela, les ingénieurs doivent être capable de maintenir ces structures à un niveau de performance acceptable, de les réparer après un certain niveau de dégradation, ou de les renforcer pour amener leur capacité à un niveau plus élevé afin de résister à une éventuelle augmentation du chargement. Ces procédés de construction sont définis par le terme “réhabilitation”.
Les performances remarquables des matériaux composites avancés (MCA) en polymères renforcés de fibres (PRF) pour le renforcement des poutres en BA ont permis des innovations importantes dans le développement des techniques de réhabilitation. En plus de surmonter les limitations associées aux techniques conventionnelles de renforcement (poids propre, corrosion, installation et ancrage), cette méthode émergente de renforcement à l’aide de PRF offre plusieurs avantages et sa fiabilité technique et sa viabilité économique sont désormais établies. Ce chapitre présente l’état des connaissances sur les caractéristiques physiques et les propriétés mécaniques des constituants des matériaux composites PRF, l’évolution de leur utilisation ainsi que les techniques de renforcement. L’accent est mis sur les modes de rupture en cisaillement observées à date dans les poutres en BA renforcées.
Les constituants d’un composite PRF
Un matériau composite est, par définition, une combinaison de plusieurs matériaux de nature et composition différentes. Plus spécifiquement, les MCA combinent un noyau à base de renforts souvent en fibres, et de matrice en résine polymère (PRF = Fibres + Résine) .
Les fibres (renforts)
Les renforts en fibres, en phase discontinue souvent filamentaire, absorbent la majorité des contraintes mécaniques et assurent la résistance et la rigidité des composites PRF (Bathias 2009). La fibre est donc l’élément porteur de charge principal qui influe fortement sur les caractéristiques mécaniques d’un PRF. Plusieurs types de fibres sont fréquemment utilisés dans les composites : à base de carbone (PRFC), de verre (PRFV), d’aramide (PRFA), et plus récemment fibres d’acier et fibres hybrides.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 INTRODUCTION
1.1 Contexte général
1.2 Contextes de déficience des ponts existants
1.3 Problématiques quant à la réhabilitation des poutres en béton à l’aide de PRF sous charges cycliques
1.4 Objectifs de la thèse
1.5 Approche Méthodologique
1.6 Retombées prévues (contributions originales)
1.7 Organisation de la thèse
CHAPITRE 2 UTILISATION DES MATÉRIAUX COMPOSITES AVANCÉS POUR LE RENFORCEMENT DES STRUCTURES EN BÉTON – GÉNÉRALITÉS
2.1 Matériaux composites avancés (MCA) en polymères renforcés de fibres (PRF)
2.1.1 Les constituants d’un composite PRF
2.1.2 Les fibres (renforts)
2.1.3 Les résines polymères (matrice)
2.1.4 Propriétés mécaniques des composites PRF
2.1.5 Comparaison des composites PRF
2.2 Généralités sur le renforcement des structures en béton à l’aide de PRF
2.2.1 Historique de l’évolution des normes en vigueur quant à l’utilisation de PRF
2.2.2 Systèmes de renforcement à l’aide de PRF
2.2.3 Durabilité à long terme et en fatigue des composites PRF
2.2.4 Modes de rupture des poutres en béton renforcées en cisaillement à l’aide de PRF
CHAPITRE 3 COMPORTEMENT EN FATIGUE DES POUTRES EN BÉTON RENFORCÉES À L’AIDE DE PRF COLLÉS EN SURFACE – REVUE DE LA LITTÉRATURE
3.1 Notions générales et définitions
3.2 Limites de contraintes recommandées par les normes en vigueur pour la conception à l’état limite de fatigue (ÉLF)
3.3 Durée de service en fatigue (relation S-N de Wöhler)
3.4 Fatigue des matériaux : béton, armatures d’acier, béton armé et PRF
3.5 Analyse des recherches expérimentales antérieures – Revue documentaire et bibliographique
3.5.1 Paramètres d’étude en fatigue
3.5.2 Dégradation accumulée par fatigue
3.5.3 Modes de rupture
3.5.4 Poutres en BA renforcées en cisaillement à l’aide de PRF collés en surface
3.6 Synthèses des résultats des recherches expérimentales antérieures
3.7 Les besoins en recherche
CHAPITRE 4 EXTENDING THE FATIGUE LIFE OF REINFORCED CONCRETE T-BEAMS STRENGTHENED IN SHEAR WITH EXTERNALLY BONDED FRP: UPGRADING VERSUS REPAIRING
4.1 Abstract
4.2 Introduction
4.3 Experimental program
4.3.1 Description of specimens
4.3.2 Properties of materials
4.3.3 Variables examined
4.3.4 Test setup and procedure
4.3.5 Instrumentation
4.4 Analysis of test results
4.4.1 Overall response
4.4.2 Modes of failure
4.4.3 Fatigue test results
4.4.4 Cumulative fatigue degradation
4.4.5 Test results for monotonic loading
4.5 Conclusions
4.6 Acknowledgments
CHAPITRE 5 FATIGUE BEHAVIOR OF RC T-BEAMS STRENGTHENED IN SHEAR WITH EB CFRP L-SHAPED LAMINATES
CONCLUSION
