Dissertations / Theses on the topic 'Coffrage (construction en béton)'

Ce mémoire contribue à l'étude du frottement du béton frais contre une surface métallique. Cette étude a été menée expérimentalement au moyen d'une instrumentation (tribomètre) adapté à tous types de béton. L'originalité réside dans le fait qu'il concerne un matériau d'usage courant mais par lequel le frottement contre une surface n'a pratiquement pas fait l'objet d'étude écrite. Une nouvelle approche est utilisée afin d'aborder la prédiction des poussées du béton frais sur les coffrages. L'intérêt porte sur une nouvelle classe de béton de grande fluidité : le béton auto-plaçant. Lorsque le béton est mis en place, une couche limite, constituée d'eau et de fines, prend place aux interfaces. Celle-ci entraîne de faibles contraintes de frottement. Lorsque la pression appliquée sur le matériau est supérieure à la pression critique, des grains viennent au contact de la plaque. Le béton commence à suivre un comportement granulaire. La contrainte de frottement évolue aussi selon les vitesses ou les états de surface utilisés. Ces observations ne sont valables que pour les bétons étudiés et dans les gammes explorées. Lorsqu'il y a présence d'un agent de démoulage à l'interface, la contrainte de frottement dépend surtout des caratéristiques physico-chimiques du film. Parfois, ces agents ont la possibilité de maintenir la couche limite proche de la paroi. Cela permet, lors de l'écoulement du béton, de diminuer le frottement à la paroi par rapport à une interface sans agents. Une démarche novatrice a été réalisée dans cette étude, en utilisant les modèles des silos pour le cas des coffrages, afin de prédire les poussées. Une similitude entre l'évolution des poussées de béton et celle des milieux granulaires ensilés a été observée sur chantier. Bien sûr, les efforts mis en jeu sont différents. A partir de ces observations, plusieurs modèles issus de Janssen, ont été confrontés. Le modèle adapté au cas du béton frais permet de prédire de façon satisfaisante les poussées sur le coffrage. Les essais à l'échelle réelle coûteux pourront être remplacés en partie par des essais de tribométrie
The main objective of this thesis is to investigate the friction of fresh concrete with metallic formwork. A specially designed tribometer was developed to investigate such friction and was adapted for various types of concrete mixtures. The originality of this work lies mainly in the fact that it concerns a commonly used material for wich the friction against the forming surface has not been sufficiently investigated. A new approach is used in this study to predict the lateral pressure induced by the fresh concrete pressure. A particular interest is the formwork pressure exerted by highly flowable concrete, or self-compacting concrete. When the concrete is cast into place, a limit interface layer reduces the frictional stresses with the formwork material. When the pressure applied on the concrete is greater than a certain critical pressure, some of the cement particles and fines come into direct contact with the formwork material, and the concrete begins to follow a granular comportment. This leads to greater increase in friction stress which varies with the flow velocity between the rising fresh concrete and formwork material. When a demoulding agent is applied at the interface, the friction stress depends mainly on the physico-chimical characteristics of the resulting film of paste at the interface. In certain cases, these agents can maintain the integrity of the limit layer near the wall surface. This allows, during the flow of the plastic concrete, to reduce the friction at the wall compared to similar situation where a demoulding agent is not used. Well established models used for silos were used to predict the formwork pressure exerted by fresh concrete. Similary between the evolution of concrete pressure and ensiled granular mediums one was observed on site, though the strains are different. From these observations, several models derived from Janssen's model, have been proposed. The model adapted in the case of fresh concrete allows the prediction with satisfaction formwork pressure. This study can therefore enable the used of the designed tribometer to test a variety of material and placement parameters to predict formwork pressure instead of large-scale and often expensive field tests

Dans un contexte où le développement durable est devenu une priorité majeure, les entreprises du secteur du bâtiment doivent faire face, à de nouvelles exigences en termes de respect de l’environnement. En particulier, lors de la mise en œuvre du béton dans les coffrages, une huile de démoulage d’origine minérale faiblement biodégradable est couramment utilisée comme couche séparatrice anti-adhérente. La nature de cette huile génère des risques importants de pollution environnementale. De nouvelles formulations d’huile de décoffrage d’origine végétale ont ainsi été développées.L’apparition de cette nouvelle gamme de produit nécessite une connaissance suffisante de leur comportement à l’interface béton/huile/coffrage. Ce mémoire contribue à l’étude de l’influence de la formulation du béton sur le comportement tribologique à l’interface béton/coffrage en présence de deux huiles de démoulage de nature différente (une huile végétale et une huile minérale). La zone du béton à l’approche du coffrage a été étudiée à l’état durci et frais sans huile de démoulage. Tout d’abord, l’évolution de la densité apparente du béton à l’approche d’une paroi a été évaluée en fonction de la pression de contact et du volume de pâte. Puis, une analyse complète de cette zone à l’interface à l’état frais a été réalisée afin d’estimer le rapport E/L et la quantité de pâte mobilisée à l’approche de la paroi coffrante. Une étude physico-chimique a été effectuée en reconstituant les milieux interstitiels de l’interface béton/huile/coffrage contenant un dosage différent en superplastifiant et en huile. Plusieurs techniques adaptées à ces milieux complexes, ont été utilisés afin d’évaluer la formation de savons et de déterminer la stabilité des émulsions obtenues. Cette thèse se conclue par une étude du frottement du béton frais contre une paroi coffrante avec et sans huile de démoulage à l’aide d’un tribomètre plan/plan. Plusieurs formulations de béton sont étudiées. Les résultats obtenus ont permis de comprendre le mode d’action des éléments fins et le dosage en superplastifiant aux interfaces béton/coffrage et béton/huile/coffrage. Dans le cas de l'huile d'origine végétale, le savon formé à partir des esters et des acides gras contribue à réduire les frottements en stabilisant l’émulsion et en organisant l’interface. Cependant, la présence du superplastifiant est indispensable pour avoir des performances élevées dans le cas de l’huile minérale
In a context where sustainable development has become a major priority, the companies in the building field must face to new requirements in terms of respect of the environment. In particular, during the concrete pouring, a mineral release agent, poorly biodegradable is currently used as separating layer non-stick. The nature of this oil creates significant risks of environmental pollution. New formulations of release agent of vegetable origin were developed.The appearance of this new product range requires a sufficient knowledge of their behavior at the interface concrete/release agent/formwork. This report contributes to the study the effect of the concrete composition on the tribological behavior at the interface concrete/formwork with two release agents of different nature (vegetable release agent and mineral release agent). The zone of concrete near the formwork was studied without release agents. First, the evolution of the density of the concrete at the approach of a wall was evaluated as a function of the contact pressure and the past volume. Then, a comprehensive analysis of this fresh layer was carried out to estimate the W/B ratio and the amount of paste mobilized close to the formwork. A physicochemical study was performed by reconstituting the interstitial medium of the interface concrete/release agent/formwork containing a different dosage of oil and superplasticizer. Several adapted techniques to these complex medium were used to evaluate the formation of soaps and to determine the stability of the obtained emulsions. This thesis ends with a study of the friction of fresh concrete against the formwork with and without release agent using a plan/plan tribometer. Many formulations of concrete are studied. The results were allowed to understand the mechanism of action of the fines element and the dosage of superplasticizer at the interfaces concrete/formwork and concrete/release agent/formwork. In the case of vegetable release agent, the soap formed from the esters and fatty acids contributes to reduce the friction by stabilizing the emulsion and organizing the interface. However, the presence of the superplasticizer is necessary to obtain a high performance for the mineral release agent

Dans le domaine du génie civil, la pulvérisation d'huile de décoffrage est devenue indispensable pour limiter le frottement et l'adhérence du béton sur les parois des coffrages. Leur utilisation sur site est contraignante car leur application est chronophage et polluante. Aujourd'hui, les enjeux résident dans le développement de nouvelles solutions alternatives aux huiles en s'appuyant sur les signatures surfaciques des parois coffrantes. Bien qu’un fort travail soit réalisé sur le développement d’huiles végétales écologiques, peu d’études analysent l'impact de ces signatures sur les phénomènes interfaciaux agissant entre le béton et le coffrage. Par conséquent, dans ce travail de thèse, le frottement du béton sur des parois coffrantes a été étudié dans un premier temps à l'aide d'un tribomètre plan/plan simulant les conditions de coulée du béton. Après avoir développé un essai instrumenté à l’échelle réduite du laboratoire permettant de reproduire le processus de décoffrage d'un voile sur site, l'adhérence du béton a été ensuite quantifiée sur différentes surfaces des parois de coffrage. L'analyse des données expérimentales et la caractérisation surfacique multiphysique des parois coffrantes permettent d'établir la fonctionnalité des signatures des parois sur le frottement et l'adhérence du béton. Ces corrélations sont utilisées pour proposer une solution de décoffrage innovante permettant d’éviter ses phénomènes à l'interface béton-coffrage
In the civil engineering industry, the formwork oil spraying has become essential to avoid the concrete friction and adhesion on the formwork skins. Their usage on site is limited because their application is time consuming and polluting. Nowadays, the challenges lie in the development of new alternatives to oils based on surface signatures of formwork skins. Even though a large amount of work investigates novel formulations for ecological oils, few studies investigate the effect of these signatures on interfacial phenomena acting between concrete and formwork. Thus, in the present thesis work, the concrete friction on formwork skins has been studied first using a plan/plan tribometer simulating the condition of concrete forming. After developing a small laboratory-scale instrumented test to reproduce the formwork removal process on site, concrete adhesion was secondly quantified. The analysis of experimental data and the multi-physics characterization of formwork surfaces make it possible to establish the functionality of the signatures of skins on the friction and the adhesion of concrete, respectively. These correlations are used to propose an ideal solution of formwork limiting these phenomena to the interface concrete-formwork

Dans un contexte où le développement durable est devenu une priorité majeure, les entreprises du secteur du bâtiment doivent faire face, à de nouvelles exigences en termes de respect de l’environnement. En particulier, lors de la mise en œuvre du béton dans les coffrages, une huile de démoulage d’origine minérale faiblement biodégradable est couramment utilisée comme couche séparatrice anti-adhérente. La nature de cette huile génère des risques importants de pollution environnementale. De nouvelles formulations d’huile de décoffrage d’origine végétale ont ainsi été développées.L’apparition de cette nouvelle gamme de produit nécessite une connaissance suffisante de leur comportement à l’interface béton/huile/coffrage. Ce mémoire contribue à l’étude de l’influence de la formulation du béton sur le comportement tribologique à l’interface béton/coffrage en présence de deux huiles de démoulage de nature différente (une huile végétale et une huile minérale). La zone du béton à l’approche du coffrage a été étudiée à l’état durci et frais sans huile de démoulage. Tout d’abord, l’évolution de la densité apparente du béton à l’approche d’une paroi a été évaluée en fonction de la pression de contact et du volume de pâte. Puis, une analyse complète de cette zone à l’interface à l’état frais a été réalisée afin d’estimer le rapport E/L et la quantité de pâte mobilisée à l’approche de la paroi coffrante. Une étude physico-chimique a été effectuée en reconstituant les milieux interstitiels de l’interface béton/huile/coffrage contenant un dosage différent en superplastifiant et en huile. Plusieurs techniques adaptées à ces milieux complexes, ont été utilisés afin d’évaluer la formation de savons et de déterminer la stabilité des émulsions obtenues. Cette thèse se conclue par une étude du frottement du béton frais contre une paroi coffrante avec et sans huile de démoulage à l’aide d’un tribomètre plan/plan. Plusieurs formulations de béton sont étudiées. Les résultats obtenus ont permis de comprendre le mode d’action des éléments fins et le dosage en superplastifiant aux interfaces béton/coffrage et béton/huile/coffrage. Dans le cas de l'huile d'origine végétale, le savon formé à partir des esters et des acides gras contribue à réduire les frottements en stabilisant l’émulsion et en organisant l’interface. Cependant, la présence du superplastifiant est indispensable pour avoir des performances élevées dans le cas de l’huile minérale
In a context where sustainable development has become a major priority, the companies in the building field must face to new requirements in terms of respect of the environment. In particular, during the concrete pouring, a mineral release agent, poorly biodegradable is currently used as separating layer non-stick. The nature of this oil creates significant risks of environmental pollution. New formulations of release agent of vegetable origin were developed.The appearance of this new product range requires a sufficient knowledge of their behavior at the interface concrete/release agent/formwork. This report contributes to the study the effect of the concrete composition on the tribological behavior at the interface concrete/formwork with two release agents of different nature (vegetable release agent and mineral release agent). The zone of concrete near the formwork was studied without release agents. First, the evolution of the density of the concrete at the approach of a wall was evaluated as a function of the contact pressure and the past volume. Then, a comprehensive analysis of this fresh layer was carried out to estimate the W/B ratio and the amount of paste mobilized close to the formwork. A physicochemical study was performed by reconstituting the interstitial medium of the interface concrete/release agent/formwork containing a different dosage of oil and superplasticizer. Several adapted techniques to these complex medium were used to evaluate the formation of soaps and to determine the stability of the obtained emulsions. This thesis ends with a study of the friction of fresh concrete against the formwork with and without release agent using a plan/plan tribometer. Many formulations of concrete are studied. The results were allowed to understand the mechanism of action of the fines element and the dosage of superplasticizer at the interfaces concrete/formwork and concrete/release agent/formwork. In the case of vegetable release agent, the soap formed from the esters and fatty acids contributes to reduce the friction by stabilizing the emulsion and organizing the interface. However, the presence of the superplasticizer is necessary to obtain a high performance for the mineral release agent

Une campagne expérimentale axée sur l'étude du comportement hydrodynamique des pâtes de ciment et des bétons au jeune âge en fonction de la hauteur de matériau mis en oeuvre dans un coffrage est présentée et constitue la première phase de ce travail de recherche. Les expérimentations ont nécessité le développement de capteurs de mesure de la pression interstitielle et de la pression latérale totale. Les paramètres suivants sont analysés : teneur en eau du mélange, concentration granulaire dans un mélange, présence de la vibration, hauteur de matériau mis en oeuvre. Dans une deuxième phase, nous nous intéressons à la simulation de l'évolution des pressions dans un coffrage. La démarche adoptée repose sur une modélisation de la cinétique d'évolution de l'état de l'eau dans un milieu poreux non saturé. Nos investigations nous ont conduits à adapter l'équation de Richards à notre problématique.

Cette recherche s'intéresse aux thèmes de la fabrication numérique, des coffrages complexes et de l'acoustique architecturale qu’elle interrelie par une approche de recherche-création. Son objectif principal est de mettre au point un processus de conception basé sur un critère de performance acoustique et une technique de fabrication pour le béton qui sera applicable pour la génération de projets futurs. Le premier chapitre recense les principales technologies de fabrication numériques pour la réalisation de coffrages non standard pour le béton. Une méthode à explorer est ensuite sélectionnée : les coffrages en cire fraisés par une découpeuse trois axes, une matière réutilisable qui conséquemment ne produit pas de déchets. Le deuxième chapitre s'intéresse à la génération de ces formes complexes en explorant le potentiel de l'acoustique architecturale couplé aux algorithmes génétiques pour les informer. Les sections suivantes ont pour but de développer une méthodologie pour la création de coffrages en cire, tout en définissant les limites et en validant les avantages de ce mode production. L'objectif est de transposer subséquemment ces particularités dans la création d'un algorithme génétique qui automatise le processus itératif de simulation, d'analyse et de création d'une géométrie acoustique non standard optimale. Pour se faire, cette recherche se poursuit par le moulage de prototypes en béton variés d'après lesquels une méthode de fabrication spécifique à la cire est élaborée. Une série de recommandations pour la modélisation propre à ces coffrages résulte de ces essais physiques. En lien avec ces dernières, des algorithmes génétiques, couplés à une simulation par lancer de rayons, sont définis. Ils génèrent un réflecteur acoustique courbe en béton qui distribue uniformément le son vers une aire déterminée, un élément qui exploite le faible coefficient d'absorption de ce matériau. Ces connaissances sont subséquemment appliquées et informées par l'exécution d'un projet de salle de concert en béton qui est le résultat de cette rétroaction entre théorie, pratique et conception.
This research adresses the themes of digital fabrication, complex formwork and architectural acoustics, which it interrelates through a research by design approach. Its main objective is to develop a design process based on an acoustic performance parameter and a fabrication technique for concrete that will be suitable to generate future projects. The first chapter identifies the main digital manufacturing technologies for the production of non-standard concrete formwork. A method to be explored is then selected: wax formwork milled by a three-axis machine, a reusable material that therefore does not produce waste. The second chapter focuses on the generation of these complex forms by exploring the potential of architectural acoustics coupled with genetic algorithms to inform them. The following sections aim to develop a methodology for the creation of wax formwork, while defining the limits and validating the advantages of this production method. The objective is to subsequently transpose these features into the creation of a genetic algorithm that automates the iterative process of simulation, analysis and creation of an optimal non-standard acoustic geometry. To achieve this, the moulding of various concrete prototypes is performed, according to which a specific wax manufacturing method is developed. A series of specific recommendations for the modelling of these formworks results from these physical tests. Pursuant to the previous findings, genetic algorithms coupled with a simulation by ray tracing are defined. They generate a curved acoustic concrete reflector that distributes sound uniformly to a specific area, an element that exploits the low absorption coefficient of this material. This work is subsequently applied and informed by the execution of a concrete concert hall project that is the result of this feedback between theory, practice and design.

L'utilisation d'un revêtement en béton coffre non arme apparaît actuellement comme la meilleure solution technico-économique, pour assurer une bonne stabilité et une bonne exploitation des tunnels creuses dans le rocher. Cependant, ce type d'ouvrage présente une fissuration systématique. En l'absence de tout chargement extérieur, la fissuration de ce type de revêtement est étroitement liée aux caractéristiques physico-chimiques du matériau et à l'environnement dans lequel celui-ci vieillit. Ce phénomène est aggrave par les conditions très spécifiques aux tunnels, a savoir: 1) les déformations empêchées d'une part par le terrain encaissant, et d'autre part par le radier préalablement coule; 2) la présence des hors profils géométriques conduisant a des variations d'épaisseurs du revêtement. L'importance des gradients thermiques et hydriques dus aux phénomènes cites ci-dessus, est mise en évidence a partir des essais in situ. Des simulations numériques, basées sur des essais de laboratoire, permettent d'évaluer les contraintes qui en résultent et qui conduisent a: 1) une fissuration traversante et pratiquement inévitable, due aux effets thermiques. L'importance de l'ouverture de ce type de fissures et leur intensité dépendent notamment de la présence des hors profils et du dosage en ciment; 2) une fissuration superficielle de peau entraînée par les effets hydriques. On retrouve, par le contrôle des ouvrages étudient, les fissures que prévoyaient nos calculs
The use of an unreinforced formed concrete lining presently appears as the best technical and economic solution to ensure the good stability and proper operation of rock excavated tunnels. However, this type of structure shows a systematic crack formation. In the absence of any outer load, cracking in this type of lining is closely connected to the physico-chemical characteristics of the material and to the environment in witch this materiel is ageing. This phenomenon is worsened by conditions peculiar to tunnels, i. E. : - on the one part, the strains hindered by the surrounding ground,and on the other part the pre-cast invert the presence of geometric over breaks which - lead to variations in the lining thickness. The importance of thermal et hydric gradients resulting from the above phenomena are demonstrated by field tests. Numerical simulations based on laboratory tests allow to assess the resulting stresses which lead to - a crossing and practically unavoidable crack formation resulting from thermal effects. The opening width in this type of cracks and their intensity especially depend on the presence of over breaks and cement proportioning. - a superficial skin cracking resulting from the hydric effects. Checking the investigated tunnels allows to find the cracks planned from our computations

L’objectif de ce travail est d’étudier l’interaction entre le ciment et différents types de surfaces coffrantes en analysant l’état de surface de la pâte cimentaire brute de décoffrage âgée de 24 heures et celui des surfaces coffrantes à différentes échelles ainsi que leur performance au décoffrage. Des procédures de caractérisation des surfaces associant interférométrie, MEB+EDS, spectroscopie Raman et AFM Peak Force sont mises au point. Ces caractérisations multiéchelles permettent la mise en évidence de l’impact des propriétés physicochimiques des surfaces coffrantes sur les surfaces cimentaires à différentes échelles et l’analyse de leur influence sur l’adhésion aux coffrages. L’effet de la géométrie de surface et de l’énergie de surface des surfaces coffrantes sur les caractéristiques morphologiques, chimiques et mécaniques des surfaces cimentaires est analysé, du millimètre au nanomètre, avec une discussion sur la caractérisation possible des phases cimentaires plus ou moins hydratées présentes
The objective of this work is to study the interaction between cement and different types of formwork surfaces by analysing the surface condition of the raw cement paste 24 hours old and that of formwork surfaces at different scales as well as their demoulding performance. Surface characterisation procedures combining interferometry, SEM + EDS, Raman spectroscopy and AFM Peak Force are developed. These multiscale characterisations allow the demonstration of the impact of the physico-chemical properties of formwork surfaces on cementitious surfaces at different scales and the analysis of their influence on adhesion to formwork. The effect of surface geometry and surface energy of formwork surfaces on the morphological, chemical and mechanical characteristics of cement surfaces is analysed, from millimetre to nanometre, with a discussion on the possible characterisation of cement phases more or less hydrated

Lors de la mise en oeuvre du béton dans les coffrages ou lors du pompage du béton, une couche, appelée couche limite, constituée d’eau et de fines, se forme près de l’interface. Diverses études ont montré que le frottement à l’interface béton-paroi dépend essentiellement des propriétés rhéologiques de la couche limite, de sa composition et de la rugosité de la paroi. L’objectif principal de cette étude est de comprendre les phénomènes se produisant à l’interface à l’échelle des grains. Toutefois, compte tenu de la complexité de deux corps en contact : couche limite et paroi, le système étudié est simplifié. La complexité du matériau béton a ainsi été simplifiée, en considérant que ce milieu est constitué de grains sphériques monodisperses et sans cohésion. Par ailleurs, la rugosité de la paroi formée en réalité par des aspérités irrégulières, est représentée par des géométries simples. L’étude repose sur l’utilisation de deux modèles, un modèle analogique et un modèle numérique.L’approche analogique est constituée d’un dispositif expérimental monté sur le tribomètre. Le cisaillement s’effectue en déplaçant, une baguette crénelée placée sous un empilement de billes confiné par une masse. Trois baguettes représentant trois rugosités différentes sont utilisées. Les résultats expérimentaux montrent que les conditions à l’interface (vitesse, rugosité, pression) influent sur le frottement et sur les mécanismes à l’interface.L’approche numérique est basée sur la méthode des éléments distincts. La rugosité de la paroi est modélisée par un assemblage de sphères collées sur un plan mobile. Les résultats obtenus montrent une bonne concordance entre les approches numérique et expérimentale. De même, l’étude numérique réalisée en conditions périodiques et pour différentes rugosités montre que les conditions à l’interface influent sur le frottement et sur le comportement du milieu près de l’interface (profils de vitesses, épaisseur de la couche cisaillée, etc.)
When fresh concrete is placed into formworks or during concrete pumping, a layer, called boundary layer, consisting of water and fines, is formed at the interface. Various studies have shown that the friction between the concrete and the wall (form or pipe) is closely linked to the rheological properties of the boundary layer, its composition and the wall roughness. This study aims at understanding the wall-concrete interface phenomena at a grain scale. However, due to the complex nature of the two bodies in contact: boundary layer and wall, a simplified system has been considered. The concrete has been simplified by assuming that it consists of monodispersed spherical grains and without cohesion. Moreover, the irregular asperities of the wall roughness are represented by simple geometries. The study is based on the use of two models, an analog model and a numerical model.The analog approach consists of an experimental device fitted on the tribometer. The test consists in moving rough plates under stacks of confined monodispersed beads. The roughness of the plate is represented by crenels. Three plates representing different roughnesses are used. The experimental results show that the friction and the interface mechanisms are affected by the interface conditions (velocity, roughness, pressure).The numerical approach is based on the Discrete Element Method (DEM). The wall roughness is modeled by an assembly of spheres fixed on a moving plane. The results obtained by numerical simulations compared with those of the analog model show a good confrontation. As well, the numerical study carried out with periodic boundary conditions and for different roughnesses shows that the interface conditions affect the friction and the behavior of the medium near the interface (velocities profiles, thickness of the shear layer, etc.)

Self-consolidating concrete (SCC) is an emerging technology that utilizes flowable concrete that eliminates the need for consolidation. The advantages of SCC lie in a remarkable reduction of the casting time, facilitating the casting of congested and complex structural elements, possibility to reduce labor demand, elimination of mechanical vibrations and noise, improvement of surface appearance, producing a better and premium concrete product. The research focussed on capturing existing knowledge and making recommendations for current practice. An experimental program was undertaken at the Université de Sherbrooke to evaluate the lateral pressure developed by SCC mixtures. A portable devise (UofS2 pressure column) for measuring and predicting lateral pressure and its rate of decay of SCC was developed and validated. The UofS2 pressure column is cast with 0.5 m high fresh concrete and air pressure is introduced from the top to simulate casting depth up to 13 m. Then, develop and implement test method for field evaluation of relevant plastic and thixotropic properties of SCC that affect formwork pressure were done. Portable vane (PV) test based on the hand-held vane test method used to determine the undrained shear strength property of clay soil was the first setup as well as the inclined plane (IP) test. The IP device involves slumping a small concrete cylinder on a horizontal plate and then lifting up the plate at different durations of rest until the slumped sample starts to move. Identifying role of material constituents, mix design, concrete placement characteristics (casting rate, waiting periods between lifts, and casting depth), temperature, and formwork characteristics that have major influence on formwork pressure exerted by SCC were evaluated in laboratory and validated by actual field measurements. Relating the maximum lateral pressure and its rate of decay to the plastic properties of SCC were established. In the analytical part of the research, effective ways to reduce lateral pressure by developing formulation expertise and practical guidelines to lower lateral pressure of SCC were proposed. Various design equations as well as chart diagrams to predict formwork pressure that can be exerted by SCC on column and wall elements were derived and reported. In general, the results obtained show that measured lateral pressure is lower than corresponding hydrostatic pressure. The study has shown that lateral pressure exerted by SCC is closely related to the structural build-up at rest (or thixotropy) of SCC. The latter can be controlled using different mixture proportionings, material constituents, and chemical admixtures. SCC mixture with a high rate of structural build-up at rest can develop low lateral pressure on formwork. Increased rate of structural build-up at rest can be ensured by incorporating a greater volume of coarse aggregate, lower paste volume, and/or lower sand-to-total aggregate ratio. Incorporating coarse aggregate of larger maximum size could also increase the thixotropy and hence reduce the lateral pressure. This can also be achieved by reducing the workability of SCC using less HRWRA concentration. Indeed, all mixture factors have been replaced by measuring the rate of structural build-up at rest (or thixotropy) using the developed portable vane and inclined plane field-oriented test as well as the modified Tattersall MK-III concrete rheometer. On the other hand, increasing or maintaining the concrete temperature at a certain level plays an important role to reduce the lateral pressure. The higher concrete temperature can accelerate the heat of hydration of cement with water and increase the internal friction leading to higher thixotropy. Controlling the placement rate has a great impact on the resultant lateral pressure of SCC. The lateral pressure can be reduced by slowing down the casting rate, as concrete has more time to build-up. However, this can slow down the rate of construction. The casting rate should be optimized to yield a cost effective formwork system. Pausing the continuous casting by a waiting period can reduce the exerted lateral pressure. The research investigation could accelerate the acceptance and implementation of SCC technology in cast-in-place applications, which is the preponderate business of the ready mixed concrete suppliers. The research findings could also contribute to the removal of some of the major barriers hindering the acceptance of SCC in cast-in-place applications and provide the industry with much needed guidelines on formwork pressure.--Résumé abrégé par UMI.

D’usages répandus dans l’industrie du génie civil, les agents de démoulage sont utilisés pour faciliter le démoulage du béton. Sur le terrain, ils sont appliqués par pulvérisation sur la surface des moules ou des coffrages avant d’y couler le béton. Cette thèse CIFRE concerne le comportement des huiles à l’interface béton/huile/coffrage. En effet, les rôles des huiles de démoulage sont d’empêcher l’adhérence du béton contre les parois, d’améliorer l’aspect des parements et de lutter contre la corrosion des surfaces en acier. Les huiles les plus utilisées sont d’origine minérale, mais elles provoquent des désagréments auprès des utilisateurs et de l’environnement. Pour les résoudre, des formulations à base végétale ont été mises au point. Afin de connaître l’influence de certains paramètres chimiques sur les performances des huiles, des formulations ont été confectionnées sur les deux familles afin que chaque paramètre puisse être analysé. Tout d’abord, l’évolution de la viscosité des huiles est étudiée en fonction de la température. Puis, l’interface coffrage/huile a été caractérisée à l’aide de la microscopie optique et de la spectroscopie d’impédance électrochimique. Des mesures d’énergie de surface ont également été réalisées afin d’étudier l’adhésion de l’huile sur la paroi. Enfin, des essais au tribomètre plan/plan et une étude d’esthétique des parements ont été effectués. Les résultats nous ont permis de définir les mécanismes intervenant à l’interface béton/huile/coffrage. Les huiles minérales agissent physiquement en formant une pellicule isolant la paroi du béton alors que les esters végétaux au contact du béton génèrent des carboxylates insolubles hydrophobes
Very common in the civil engineering industry, release agents are used to facilitate the release of the concrete from the mould. On site, they are sprayed onto the surface of the moulds or onto the formwork before concrete pouring. This CIFRE thesis deals with the behaviour of oils at the concrete/oil/formwork interface. Indeed, the role of form release oils is to prevent the adhesion of the concrete to the walls, to improve the aspect of the facings and to fight against the corrosion of steel surfaces. The most used oils are of mineral origin, but they cause nuisances to the users and the environment. In order to solve the problem, vegetable-based formulations were developed. So as to know the influence of certain chemical parameters on the performances of oils, formulations were carried out on the two families so that each parameter could be analyzed. First of all, the evolution of the viscosity of oils was studied according to temperature. Then, the formwork/oil interface was characterized by means of optical microscopy and electrochemical impedance spectroscopy. Measurements of drop angles and surface tensions were also performed in order to study the adhesion of oil to the wall. To finish, tests using a plane-on-plane tribometer and aesthetics study of concrete facings were made. The results enabled us to define the mechanisms intervening in the concrete/oil/formwork interface. Mineral oils act physically by forming a film isolating the wall from the concrete whereas vegetable esters in contact with the concrete generate insoluble, hydrophobic carboxylates

Pour pallier les désagréments liés aux méthodes actuelles de décoffrage, une nouvelle technique basée sur la polarisation du béton a été développée. Le principe, basé sur le phénomène de l’électro-osmose, consiste à appliquer un potentiel électrique entre le ferraillage et le coffrage induisant ainsi le déplacement de l’eau vers l’interface béton/coffrage au niveau duquel se forme un film d’eau en mesure d’éviter l’adhérence du béton avec le coffrage. Ce dispositif a permis également de vérifier la mise en place et la reproductibilité du béton par le biais de la résistance électrique. Une étude de faisabilité a mis en évidence le déplacement de l’eau interstitielle ainsi que la possibilité de décoffrage. Afin d’assurer une bonne qualité des parements et du décoffrage, les paramètres de polarisation (valeur de la tension, moment et durée de son application) ont été optimisés en fonction de la température ambiante et de la formulation du béton. Pour une température supérieure à 20±2°C, les conditions de polarisation sont identiques quelle que soit la formulation du béton. A des températures inférieures à 20±2°C, l’ajout de l’accélérateur de prise a été à chaque fois nécessaire et la valeur de la tension à appliquer a dû être augmentée. L’ensemble des résultats a montré que l’épaisseur du film d’eau et la valeur de la conductivité du béton déterminent la qualité des parements et du décoffrage. L’application des conditions optimales donne des parements de qualité similaire, voire meilleure dans certains cas, que celle des parements obtenus avec les huiles actuellement utilisées.Forts de ces résultats, la technique a été transposée in-situ et a donné des résultats satisfaisants
To overcome the inconveniences of current demoulding methods, a new technique based on the concrete polarization has been developed. The principle, based on the phenomenon of electro-osmosis, is to apply an electric potential between the reinforcement and formwork leading to water displacement to the concrete/formwork interface where a film of water, able to avoid the adhesion of the concrete with the formwork, is formed. This device also allowed verifying the casting and reproducibility of the concrete by using electrical resistance. A feasibility study proved the interstitial water displacement and demolding possibility. To obtain a good quality of facing and demolding, the polarization parameters (voltage value, time and duration of its application) have been optimized according to room temperature and concrete formulations. For temperatures above 20 ± 2 °C, the polarization conditions are the same for all the concrete formulations. At temperatures below 20 ± 2 °C, the addition of the accelerator was required at each time and the value of the applied voltage had to be increased. All results showed that the thickness of water film and the conductivity value of the concrete determine the quality of the concrete facings and demolding. The application of the optimal conditions provides a similar quality of concrete facings or even better in some cases, than those obtained with the demoulding oils currently used.With these results, the technique has been transposed in-situ and it gave satisfactory results

Le béton de chanvre est aujourd'hui le matériau de construction agro-ressource le plus développé en Europe. Il se compose de chanvre et de liant minéral (chaux) mélangé à l'eau. Généralement, il est utilisé pour ses propriétés d'isolation thermique dans le bâtiment. La plupart des blocs de béton de chanvre qui ont été étudiés, présentent un comportement fragile et une très faible résistance mécanique. Les formulations sont généralement riches en liant et légèrement compactées. Jusqu'à présent, le béton de chanvre n'est pas considéré comme un matériau porteur. Il est principalement utilisé comme remplissage isolant, combiné avec des composants de structure en bois, béton ou maçonnerie. Une étude a testé d'autres formulations, avec des teneurs plus élevées en granulats grâce à un procédé de compactage, afin d'améliorer à la fois la rigidité et la résistance des mélanges durcis. Dans ces formulations, l’ajout des granulats de chanvre, plus légers et plus poreux que la chaux, abaisse de manière significative la conductivité thermique. Le présent travail est une étude expérimentale du comportement à la compression et au cisaillement du béton de chanvre, afin d’utiliser ce matériau bio-sourcé dans le contreventement des bâtiments à ossature bois, tout en maintenant de bonnes qualités d'isolation thermique dans le bâtiment. Deux formulations compactées, M1 et M4 ont été expérimentées, ainsi que des éprouvettes obtenues à partir de blocs de commerce Chanvribloc®. Deux séries d’essais ont été réalisées. La première est portée sur la compression uni-axiale dans chaque direction pour caractériser l'anisotropie mécanique du matériau. Cette anisotropie a été engendrée par le procédé de compactage. La deuxième série d’essais permet de caractériser le comportement de cisaillement des formulations étudiées. Dans cette étude, un dispositif spécial d’essai de cisaillement a été développé. Il permet de caractériser au cisaillement des éprouvettes sous différentes contraintes normales appliquées. Les champs de déformations des éprouvettes cisaillées ont été suivis par stéréo- corrélation d’images durant les essais. Les résultats expérimentaux de compression ont montré que ce matériau est anisotrope, même lorsqu'il est industriellement mis en place par vibrations. Le matériau a plus spécifiquement un comportement isotrope transverse. Le comportement dans le sens longitudinal est caractérisé par une ductilité très élevée, tandis que le comportement transversal est très fragile, avec un comportement très variable et instable. Les résultats expérimentaux en cisaillement montrent une ductilité élevée de ce matériau. Ce comportement est intéressant pour le contreventement et le comportement sous action sismique des bâtiments avec des murs constitués de béton de chanvre. Des modélisations et applications numériques à l’échelle structurelle d’un bâtiment à plusieurs étages ont été réalisées, pour illustrer l’utilisation des blocs de béton de chanvre en contreventement de bâtiments à ossature bois. Les formulations les plus compactées présentent un meilleur comportement sous actions sismiques modérées et moyennes, par rapport aux formulations les moins compactées à la mise en œuvre, tandis que les murs en Chanvribloc à l’état actuel, ne permettent pas de contreventer les bâtiments en zones sismiques modérés ou moyennes
Lime and hemp concrete (LHC) is nowadays the most developed bio-based aggregate building material in Europe. It consists of hemp shiv and mineral binder mixing with water. Generally, bio-based materials like LHC are used for their thermal insulation properties in building. Most blocks of Lime Hemp Concrete which have been studied, show a brittle behavior and a very low mechanical strength. The formulations are generally rich in binder and slightly compacted. Up to now, this material is then not considered as a load bearing material and is mainly used as filler insulation, combined with structure components made of wood, concrete or masonry. A study has tested other formulations, with higher contents of aggregates thanks to a compaction process, in order to improve both the rigidity and the strength of the hardened mixtures. In these formulations, shiv which has higher amount is definitely lighter and more porous than lime, which prevents a significant increase in thermal conductivity. The present work of my PhD is an experimental study of the compressive and shearing behavior of hemp concrete, in order to study the load-bearing capacity and bracing of this bio based material, while maintaining good qualities of thermal insulation in building. Two compacted formulations were tested M1 & M4, as well as samples obtained from trade-blocks Chanvribloc®. Two series of tests were performed. The first one is a uniaxial compression test in each direction for characterizing the mechanical anisotropy of the material. This anisotropy is induced by the compacting process. The second one permits to characterize the shearing behavior of the different mix-designs. In this study, an original shear device was developed, specifically designed for this kind of material, which allows shearing under controlled normal stress. An image processing performed was carried out, using a camera and ARAMIS image processing software during shear tests, to evaluate the fields of deformations and to study the behavior of the specimen during the shear test. The compressive experiments results have shown that this material is anisotropic, even when it is industrially molded by vibrations. The material has a transverse isotropic behavior. The behavior in the longitudinal direction is characterized by very high ductility, while the transverse behavior is very brittle, with a highly variable and unsteady behavior. The experimental results in shear show a high ductility of this material. These results are very promising, an interesting behavior of LHC walls in term of potential bracing. Numerical modeling and applications have been carried out to illustrate the use of hemp concrete blocks for bracing buildings. The formulation M4 exhibits a better behavior under moderate and average seismic actions, compared to the formulation M1, while the Chanvribloc walls in the present state do not allowthe buildings to be braced in moderate or medium seismic zones

Le béton de chanvre est aujourd'hui le matériau de construction agro-ressource le plus développé en Europe. Il se compose de chanvre et de liant minéral (chaux) mélangé à l'eau. Généralement, il est utilisé pour ses propriétés d'isolation thermique dans le bâtiment. La plupart des blocs de béton de chanvre qui ont été étudiés, présentent un comportement fragile et une très faible résistance mécanique. Les formulations sont généralement riches en liant et légèrement compactées. Jusqu'à présent, le béton de chanvre n'est pas considéré comme un matériau porteur. Il est principalement utilisé comme remplissage isolant, combiné avec des composants de structure en bois, béton ou maçonnerie. Une étude a testé d'autres formulations, avec des teneurs plus élevées en granulats grâce à un procédé de compactage, afin d'améliorer à la fois la rigidité et la résistance des mélanges durcis. Dans ces formulations, l’ajout des granulats de chanvre, plus légers et plus poreux que la chaux, abaisse de manière significative la conductivité thermique. Le présent travail est une étude expérimentale du comportement à la compression et au cisaillement du béton de chanvre, afin d’utiliser ce matériau bio-sourcé dans le contreventement des bâtiments à ossature bois, tout en maintenant de bonnes qualités d'isolation thermique dans le bâtiment. Deux formulations compactées, M1 et M4 ont été expérimentées, ainsi que des éprouvettes obtenues à partir de blocs de commerce Chanvribloc®. Deux séries d’essais ont été réalisées. La première est portée sur la compression uni-axiale dans chaque direction pour caractériser l'anisotropie mécanique du matériau. Cette anisotropie a été engendrée par le procédé de compactage. La deuxième série d’essais permet de caractériser le comportement de cisaillement des formulations étudiées. Dans cette étude, un dispositif spécial d’essai de cisaillement a été développé. Il permet de caractériser au cisaillement des éprouvettes sous différentes contraintes normales appliquées. Les champs de déformations des éprouvettes cisaillées ont été suivis par stéréo- corrélation d’images durant les essais. Les résultats expérimentaux de compression ont montré que ce matériau est anisotrope, même lorsqu'il est industriellement mis en place par vibrations. Le matériau a plus spécifiquement un comportement isotrope transverse. Le comportement dans le sens longitudinal est caractérisé par une ductilité très élevée, tandis que le comportement transversal est très fragile, avec un comportement très variable et instable. Les résultats expérimentaux en cisaillement montrent une ductilité élevée de ce matériau. Ce comportement est intéressant pour le contreventement et le comportement sous action sismique des bâtiments avec des murs constitués de béton de chanvre. Des modélisations et applications numériques à l’échelle structurelle d’un bâtiment à plusieurs étages ont été réalisées, pour illustrer l’utilisation des blocs de béton de chanvre en contreventement de bâtiments à ossature bois. Les formulations les plus compactées présentent un meilleur comportement sous actions sismiques modérées et moyennes, par rapport aux formulations les moins compactées à la mise en œuvre, tandis que les murs en Chanvribloc à l’état actuel, ne permettent pas de contreventer les bâtiments en zones sismiques modérés ou moyennes
Lime and hemp concrete (LHC) is nowadays the most developed bio-based aggregate building material in Europe. It consists of hemp shiv and mineral binder mixing with water. Generally, bio-based materials like LHC are used for their thermal insulation properties in building. Most blocks of Lime Hemp Concrete which have been studied, show a brittle behavior and a very low mechanical strength. The formulations are generally rich in binder and slightly compacted. Up to now, this material is then not considered as a load bearing material and is mainly used as filler insulation, combined with structure components made of wood, concrete or masonry. A study has tested other formulations, with higher contents of aggregates thanks to a compaction process, in order to improve both the rigidity and the strength of the hardened mixtures. In these formulations, shiv which has higher amount is definitely lighter and more porous than lime, which prevents a significant increase in thermal conductivity. The present work of my PhD is an experimental study of the compressive and shearing behavior of hemp concrete, in order to study the load-bearing capacity and bracing of this bio based material, while maintaining good qualities of thermal insulation in building. Two compacted formulations were tested M1 & M4, as well as samples obtained from trade-blocks Chanvribloc®. Two series of tests were performed. The first one is a uniaxial compression test in each direction for characterizing the mechanical anisotropy of the material. This anisotropy is induced by the compacting process. The second one permits to characterize the shearing behavior of the different mix-designs. In this study, an original shear device was developed, specifically designed for this kind of material, which allows shearing under controlled normal stress. An image processing performed was carried out, using a camera and ARAMIS image processing software during shear tests, to evaluate the fields of deformations and to study the behavior of the specimen during the shear test. The compressive experiments results have shown that this material is anisotropic, even when it is industrially molded by vibrations. The material has a transverse isotropic behavior. The behavior in the longitudinal direction is characterized by very high ductility, while the transverse behavior is very brittle, with a highly variable and unsteady behavior. The experimental results in shear show a high ductility of this material. These results are very promising, an interesting behavior of LHC walls in term of potential bracing. Numerical modeling and applications have been carried out to illustrate the use of hemp concrete blocks for bracing buildings. The formulation M4 exhibits a better behavior under moderate and average seismic actions, compared to the formulation M1, while the Chanvribloc walls in the present state do not allowthe buildings to be braced in moderate or medium seismic zones

Cette étude entre dans le cadre du projet des nouvelles règles parasismiques françaises. Elle concerne les voiles porteurs de bâtiments réalises selon une technique fréquemment utilisée par les entreprises françaises, qui est celle du béton banche chaîne non arme ou très faiblement arme. La revue bibliographique a montre que la quasi-totalité des études expérimentales antérieures concernent le cas du béton arme. Le cas du béton arme n'a, pratiquement, pas été aborde. La présente étude expérimentale constitue un complément aux études antérieures concernant les voiles porteurs. Elle a porte sur quatre trumeaux en béton non arme excepte de faibles chaînages et un linteau en béton faiblement arme, soumis a un chargement statique cyclique alterne jusqu'a rupture. A l'issue de cette étude, on a pu préciser le domaine dans lequel il y a risque de rupture fragile en compression pour les trumeaux fortement charges. En pratique, le ferraillage supplémentaire impose dans ce cas permet d'éviter ce risque. Par contre, de bonnes possibilités de ductilité en déplacement ont été obtenues dans le cas des trumeaux peu charges, mais leurs capacités de dissipation d'énergie restent assez faibles. Parallèlement a l'étude expérimentale, on a effectue une étude théorique concernant le comportement, en flexion, d'un élément non arme ou très faiblement arme. Cette étude a aboutit a la proposition d'un modèle théorique pour le béton tendu permettant une meilleure approche du comportement en flexion de ce type d'élément. L'interprétation par le calcul des résultats de l'étude expérimentale montre que la résistance vis-à-vis de la flexion peut être evaluee d'une manière satisfaisante par un calcul en poutre. Par contre l'évaluation des déplacements correspondants est difficile, elle dépend fortement de la discrétisation utilisée et est influencée par le fluage. Vis-à-vis du comportement en effort tranchant, le calcul base sur les formules réglementaires ou empiriques s'avère insuffisant. Pour les éléments armes, une approche globale, basée sur le modèle de vecchio et collins permet une évaluation assez correcte de la résistance à l'effort tranchant ainsi que des déplacements correspondants

Les effets combinés des phénomènes de sorption, de retrait, et de fluage agissent directement sur l'état de service des ouvrages du génie civil exposés à des variations climatiques. La sous-estimation de ces interactions peut induire des déformations excessives et des redistributions de contraintes affectant la durabilité des structures, notamment celles de grandes dimensions. La nécessité de sécuriser ces structures sur le long terme implique la maîtrise qualitative et quantitative des effets différés induits par les sollicitations hydromécaniques. L'objectif de ce travail consiste à développer un outil numérique capable d'apporter une estimation fiable au comportement différé des structures en bois, en béton ou plus généralement en multi-matériaux
The long term serviceability of timber and concrete structures subjected to moisture variations is influenced by many coupled hydromechanical phenomena. The underestimation of the induced time-dependent effects may cause large deflections, stress redistributions, cracks or even delayed failure. Improving structures durability goes through an accurate prediction of delayed strains. The objective of this work is to develop an efficient numerical tool able to describe shrinkage, creep and time dependent failure of wood, concrete and composite structures

La prédiction des dommages subis par un bâtiment pendant un séisme préoccupe considérablement les ingénieurs et les chercheurs, encouragés cycliquement par les fenêtres d'opportunité ouvertes dans les périodes qui suivent les tremblements de terre meurtriers. Leurs enregistrements ont en particulier encouragé les chercheurs et les ingénieurs à développer différentes représentations du signal sismique dans le but d'appréhender la nocivité d'un séisme en calculant des indicateurs de nocivité associés à ces représentations. Une introduction à la dialectique nocivité - dommage est alors présentée au début de ce mémoire. L'étude, exposée subséquemment, vise en particulier à caractériser la dispersion du dommage subi par une structure en fonction des plages de valeurs prises par des indicateurs de nocivité calculés pour une centaine de séismes. Ce travail permet donc d'évaluer la capacité de ces indicateurs à prédire le dommage. Il propose de déterminer un ordre de grandeur de la dispersion du dommage que subit une structure lors d'un séisme caractérisé par ses indicateurs de nocivité et propose de réduire cette dispersion en améliorant la pertinence de ces indicateurs et des corrélations nocivité-dommage. Par ailleurs, la comparaison des résultats issus de l'utilisation d'une " méthode en déplacement " à ceux obtenus par des analyses non linéaires transitoires a permis de formuler un avis sur la pertinence de l'utilisation de ces méthodes simplifiées pour approcher statistiquement le dommage. Il reste que l'étude de la nocivité du signal sismique ne suffit généralement pas à prédire le dommage d'une part parce que la représentation scalaire de la nocivité n'est pas toujours facile à relier à la réalité physique et d'autre part à cause de la dispersion relative de ce dommage souvent constatée pour une même nocivité de signaux sismiques. De même, la valeur d'un indicateur de dommage peut correspondre à des états d'endommagement très différents en fonction de l'aléa sismique et de la structure étudiée. Le travail se poursuit donc par une contribution à l'amélioration de la fiabilité d'un indicateur de dommage, capable d'une part de détecter l'apparition du dommage réel dans une structure et d'autre part de le mesurer en identifiant la distance qui sépare un état de la structure de sa ruine, définie par son instabilité au sens de la résistance des matériaux
Since prediction of earthquake still remains impossible, foreseeing structural damages due to seismic motion has become a key point in earthquake engineering. This work aims at evaluating the relevance of classical seismic signal damaging potential indices and at proposing improvement of these indices in order to provide better prediction of structural damage due to earthquake. The first part supplies a non exhaustive state of the art of main Damaging Potential Indices IP and Damage Indices ID used in earthquake engineering. In the second part, IP/ID correlations results are analysed in order to evaluate IP relevance, to justify displacement based approach use (capacity spectrum method) for damage prediction and to make good the proposal for improvement of Damaging Potential Index. But studding seismic signal damaging potential is usually not enough to foresee damage firstly because scalar representation of damaging potential is not easy to link to physics reality and secondly because of damage scattering often observed for a single value of seismic signal damaging potential. In the same way, a single damage index value may correspond to very different structural damage states. Hence, this work carries on with a contribution to damage index reliability improvement, able to detect real structural damage appearance as well as to quantify this damage by associating the distance between one structural sate and the structural collapse, defined as an instability

Ce travail concerne le développement d'un modèle de comportement du béton en situations d'incendies ou d'accidents nucléaires. Dans la gamme de températures concernée (20°C-1200°C), la microstructure du béton subit des modifications physicochimiques qui influencent son comportement. Dans le cadre d'une analyse thermomécanique chaînée, les phénomènes à prendre en compte sont les variations des caractéristiques thermiques et mécaniques et la dépendance de la réponse du béton à 1 'historique des chargements thermique et mécanique. Un modèle est proposé dans le cadre de la thermo plasticité. Les variations irréversibles des caractéristiques sont introduites. Un critère de plasticité multi surfaces prenant en compte en compression l'accroissement de sensibilité au confinement avec la température est construit. La fissuration est traitée dans ce cadre de plasticité. La sensibilité de la solution numérique au maillage due à l'introduction du comportement adoucissant est partiellement résolue par la méthode d'Hillerborg. Un modèle phénoménologique est utilisé pour le calcul des déformations d'interaction thermomécanique. Des structures en béton soumises à de hautes températures sont analysées. La capacité du modèle à restituer la dépendance à 1 'historique des chargements est vérifiée. Les effets de différentes hypothèses concernant l'évolution de l'énergie de fissuration du béton sont étudiés. Un radier de bâtiment réacteur de centrale nucléaire sous l'effet du corium est analysé. Les résultats mettent en évidence l'effet des déformations d'interaction. Une contribution à l'analyse du phénomène d'éclatement à hautes températures est proposée. Le béton est modélisé dans le cadre de la mécanique des milieux poreux. Le modèle thermoplastique est appliqué à l'analyse du comportement du squelette par l'intermédiaire de la contrainte effective. Une méthode d'évaluation des pressions de pores et du coefficient de Biot est proposée. Le comportement de spécimens est analysé
This work concerns the development of a numerical model for concrete under tire or nuclear accident conditions. Within the temperature range concerned (20°C-1200°C), the behavior of concrete is affected by the physical and chemical changes of its microstructure. Within the framework of an uncoupled thermo mechanical analysis, the phenomena that have to be accounted for are the temperature dependency of the thermal and mechanical properties of concrete as well as the dependency of the response of concrete on the combined thermal and mechanical loading history. A thermo plasticity based model is proposed for the compressive and the cracking behavior of concrete. The irreversible variations of the properties of concrete are introduced. A multisurface plasticity criterion which accounts for the increasing sensitivity of compressive strength to hydrostatic pressure is developed. The pathological mesh dependency of the numerical solution is partially solved with help of the Hillerborg method. A phenomenological model is used for the evaluation of the thermo mechanical interaction strains. Structures submitted to high temperatures are analyzed. The capability of the model to describe the load and temperature history dependency of the response is checked. The effects of different hypotheses concerning the evolution of the fracture energy of concrete are studied. The behavior of a nuclear power plant raft in accidental conditions is analyzed. The results emphasize the importance of the thermo mechanical interaction on the predicted behavior of the structures. A contribution to the analysis of the spalling of concrete at high temperatures is proposed. The concrete is modeled within the framework of the mechanics of porous media. The thermoplastic model is a pp lied to the analysis of the skeleton through the effective stress. A simplified method for the evaluation of pore pressures and Biot coefficient is proposed and the behavior of concrete specimens is analyzed

Ce mémoire porte sur l’analyse du canoë de béton de l’Université Laval, Apogée 2002. L’objectif principal est de comprendre le comportement du canoë sous les divers cas de chargement auxquels il est soumis. Un deuxième objectif est de déterminer des critères de conception pour ce type de structure. Ces critères et la compréhension du comportement serviront de base à la conception des prochains canoës. Ces objectifs sont atteints par un apport combiné de la modélisation et de l’expérimentation. Ce travail discute d’abord de la conception des mélanges de béton utilisés pour la construction du canoë de béton Apogée 2002. La caractérisation des propriétés physiques et mécaniques des composites qui ont servi à la construction de la structure est ensuite présentée. Puis, l’analyse du comportement structural du canoë et de ses sous-structures est réalisée à l’aide d’une analyse par éléments finis. Enfin, des essais in-situ sur le canoë sont effectués et les résultats sont comparés à ceux prédits par le modèle numérique. Les essais expérimentaux comprennent des essais statiques et dynamiques. Les essais dynamiques permettent de déterminer l’amplification des déformations causées par les coups de rame et les virages. Les critères de conception sont déterminés et présentés en fonction des résultats des analyses par éléments finis et finalement des essais expérimentaux.
This thesis presents bares the analyses of Laval University’s Apogee 2002 concrete canoe. The predominant objective is to investigate and understand the canoe’s reaction under various loading patterns. A second objective is to elaborate design criteria for these types of structures. These criteria and comprehension of the structural behavior will be used for the upcoming canoes. These objectives are achieved coalescing experimentation and modeling. The present work begins with the elaboration of the concrete design used for Apogee’s construction. The characterization of the physical and mechanical properties of the composites used in the structure follows. Additionally, the sub-structures of the canoe and the entire canoe’s structural reaction analyses are predicted fulfilled using a finite element software. Finally, in-situ tests are performed on the canoe and the results compared to that obtained with the numerical model. The experimentation comprised both static and dynamic tests. Dynamic testing is used to determine the strain amplification due to paddling and turning. The design criteria are determined and presented according to the results obtained from the finite element software followed by experimentation.
Inscrit au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures

Les déformations différées du béton, en particulier dues au fluage, peuvent avoir des conséquences préjudiciables dans les structures précontraintes. Or, les déformations observées sur les structures réelles sont souvent nettement plus importantes que les valeurs prévues. Dans le cadre de cette étude, une importante base de données expérimentales a été constituée. Une première partie du travail consiste à examiner la précision de certains codes de calcul du fluage : BPEL, CEB 78, CEB 90 et EUROCODE 2, en confrontant les résultats théoriques et expérimentaux. Pour tous ces codes, et dans la plupart des cas, la déformation de fluage est sous-estimée. A long terme, l'erreur peut atteindre parfois les 300%. C'est pourquoi, et à partir de la base de données, un nouveau modèle de calcul du fluage, le MPF, a été développé et permet d'obtenir des résultats très satisfaisants. . Dans le but d'effectuer une étude fiabiliste des codes de calcul mentionnés ci-dessus, et à partir d'une étude de sensibilité, des modèles probabilistes sont proposés pour les variables prépondérantes. Pour un élément comprimé de référence, une étude de fiabilité est alors effectuée pour évaluer l'influence des variabilités dans les modèles de fluage. Cette analyse confirme les résultats déterministes obtenus quant aux raisons de la mauvaise qualité des résultats donnés par les codes. L'approche fiabiliste est ensuite appliquée sur le cas du pont de Cheviré en France, où les flèches mesurées en extrémité des consoles, atteignent des valeurs excessives, dépassant de loin les valeurs prédites par le BPEL. Un couplage entre le logiciel de calcul des structures ST1 et le logiciel de calcul fiabiliste PHIMECA a été effectué. Cette étude montre le rôle de chacun des paramètres et permet d'expliquer en partie les écarts constatés entre les prédictions et la réalité. Elle montre également que l'Eurocode donne les meilleurs résultats, en comparaison avec les autres codes. Cette analyse est complétée pat une étude paramètrique sur le module d'élasticité du béton aisni que sur la contribution des granulats. L'approche du problème sous l'angle fiabiliste montre l'intérêt de cet outil et permet au concepteur de tenir compte de l'incertitude des codes de calcul dans la prédiction des déformations de fluage.

Au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, la reconstruction inaugure en France la prise en compte d’une nouvelle échelle d’intervention urbaine et la naissance d’une forme inédite et centralisatrice de maîtrise d’ouvrage. Face aux besoins immenses de logements, l’Etat engage le bâtiment dans la voie de l’industrialisation de ses moyens de production, bouleversant de manière irréversible les habitudes d’un secteur ancestral. On assiste alors à l’émergence d’une solution bien française : le béton préfabriqué. Croisement entre l’hégémonie d’un matériau et l’engouement pour un mode de production récent, il place dorénavant le processus constructif au centre des préoccupations des concepteurs. Après avoir replacé la préfabrication dans le contexte discursif de l’immédiat après-guerre, la thèse tente de prendre la mesure de l’influence étrangère, en particulier la « scène » américaine, sur la modernisation des méthodes et des techniques de construction. Puis, de manière diachronique, elle démontre dans une première période (1940-1949), comment la pénurie favorise un développement fulgurant de la préfabrication qui, auparavant liée à l’industrie métallurgique, est désormais indissociable de la maçonnerie. Enfin, dans une seconde période (1949-1955), marquée par l’amélioration des conditions économiques et matérielles du pays, elle met en exergue le rôle de la préfabrication dans le changement de paradigme structurel qui s’opère dans le logement, au tournant des années 1950
In French cities after the Second World War, reconstruction heralded a rethink in the scale of building along with the rise of a novel, state-run form of construction management. The State, requiring vast numbers of homes to be built, set about industrialising the means of production, transforming irrevocably a building sector long wedded to ancestral habits. The result was a particularly French solution: prefabricated concrete. A cross between the hegemony of material and an infatuation with new production methods, this solution made the construction process the designer's central preoccupation. This thesis begins by looking at the position of prefabrication within the discourse of the immediate post-war era. It then considers the impact of foreign influences, especially those of the American "scene", on the modernisation of building methods and techniques. It then considers prefab development diachronically: it shows how, in an early phase (1940-49), a lack of resources stimulated astonishing progress as prefabrication broke away from the metals industry - its traditional partner - and became instead inseparable from the masonry sector; and it highlights the role of prefabrication, during a later phase marked by growing improvement in the nation's economic and material welfare (1949-1955), in the structural paradigm shift that occurred in housing at the turn of the decade

L'évolution de la fissuration provoquée par le retrait de dessiccation est étudiée expérimentalement sur le béton et sur un matériau modèle: l'argile. Les données de cette évolution sont analysées avec différentes techniques, notamment l'analyse d'images. Cette étude montre que les fissures commencent par des amas non connectés et tendent progressivement vers des réseaux autosimilaires, puis des réseaux à maille homogène. Un effet d'échelle est mis en évidence en ce qui concerne l'espacement entre fissures. Un modèle numérique simple, analogue électrique, prenant en compte l'hétérogénéité du milieu permet de valider certaines des observations expérimentales et d'identifier l'influence de paramètres non mesurés pendant l'expérimentation, tels que l'ouverture et le nombre de fissures. Le rôle du désordre est aussi directement accessible dans le modèle

De même degré d'importance que les paramètres de formulation, les conditions de consolidation sont des facteurs déterminants pour la durabilité des bétons conventionnels vibrés. Dans le cas des bétons autoplaçants (BAP), grâce à leur grande fluidité, la mise en place dans les coffrages a lieu par écoulement libre sous l'effet de leur poids propre. Leur consolidation se fait sans vibration grâce à leurs caractéristiques rhéologiques. Il est donc légitime de penser que, les caractéristiques rhéologiques des BAP peuvent avoir une influence importante sur les propriétés qui déterminent la durabilité. Cette thèse étudie les liens possibles entre les caractéristiques rhéologiques des BAP et leur durabilité vis-à-vis du transport des agents agressifs. Dix-sept formulations de BAP couvrant une large gamme de caractéristiques rhéologiques et se différenciant uniquement par leur dosage en adjuvants ont été étudiées à cet effet. Trois modèles rhéologiques classiques ont été mis en oeuvre pour la détermination des paramètres rhéologiques des bétons étudiés.L'essai de sorptivité et dans une moindre mesure l'essai de carbonatation accélérée ont été utilisés comme indicateur de durabilité vis-à-vis du transport des agents agressifs. La durabilité de la couche superficielle au contact respectivement avec le coffrage en bois et en PVC a été étudiée et les résultats ont été comparés à la durabilité du béton à cœur. Cette étude a été faite en tenant compte des échanges hydriques et de l'arrangement granulaire au droit du coffrage. D'autre part, l'étude de la durabilité de la couche superficielle dans des conditions de mise en place proches du chantier a été faite sur 6 poutres partiellement armées longues de 2 m ainsi que sur 3 bétons semi-autoplaçants légèrement vibrés.Les résultats montrent qu'il existe une corrélation forte entre la viscosité plastique du modèle Bingham modifié ou le coefficient de consistance du modèle Herschel-Bulkley et la sorptivité. Très probablement, la viscosité agit sur le volume relatif des pores capillaires de gros diamètres. L'étude spécifique de la couche superficielle a montré que sa sorptivité dépend du type de coffrage utilisé à cause des éventuels échanges hydriques opérés entre le béton et la surface du coffrage. De plus, l'arrangement granulaire au droit du coffrage est également influencé. Ainsi, la sorptivité de la couche superficielle au contact du PVC est proche mais inférieure à celle du béton à cœur. La sorptivité de la couche superficielle au contact du bois est significativement inférieure à celle de la couche superficielle au contact du PVC tout en restant corrélé avec la viscosité plastique du modèle Bingham modifié ou le coefficient de consistance du modèle Herschel-Bulkley
Consolidation conditions are determining factors for the sustainability of conventional vibrated concrete as like as formulation parameters. In the case of self-consolidating concrete (SCC), due their fluidity, casting is done by free flow under the influence of their own weight. Consolidation in the forms is done without vibration due to their rheological characteristics. It is therefore reasonable to expect that the rheological characteristics of SCC would have a significant influence on the durability's properties. This thesis examines the possible links between the rheological characteristics of SCC and vis-à-vis durability's transport of aggressive agents. In total, Seventeen SCC mixtures covering a wide range of rheological properties were investigated. Three current rheological models were studied to determine the rheological parameters. In other hand, durability of cover concrete close of site conditions was studied on 6 partially reinforced beams and 3 semi-workable concrete vibrated slightly.Sorptivity test was used as indicator of vis-à-vis aggressive transport durability. The durability of the concrete cover layer in contact respectively with the wooden and PVC frame has been studied and the results were compared with the durability of interior bulk concrete. This study was made taking into account the exchange of water and aggregate arrangement against the formwork.Good correlation between initial plastic viscosity determined by the Bingham modified model or consistency coefficient determined by the Herschel-Bulkley model of SCC and the sorptivity measured during the first hours of testing is established. It is likely that the initial plastic viscosity or consistency coefficient has a marked influence on the volume of the largest capillary pores of concrete, which can significantly affect durability. The specific study of the concrete cover showed that its sorptivity depends on the type of formwork used because of water exchanges made between the concrete surface. Aggregate arrangement against the formwork was also modified. Sorptivity of the concrete cover of PVC is near but below that of the interior bulk concrete. Sorptivity of the concrete cover against wooden frame is significantly less than over of against PVC while being correlated with the plastic viscosity of modified Bingham or consistency coefficient of Herschel-Bulkley model

La connexion acier-béton utilisée dans la construction mixte est conçue pour assurer la liaison entre les deux matériaux et transmettre les efforts de cisaillement et;ou de traction à l'interface entre l'élément métallique et le béton. Cette étude a pour but de fournir les lois de comportement de deux types de connecteur sous l'action d'une sollicitation mécanique ; lorsque l'ensemble des matériaux acier et béton est porté en température. De telles lois permettent le dimensionnement des ouvrages vis-à-vis de sollicitations accidentelles (Incendie ou brusque élévation de température). La caractérisation de cette liaison a nécessité la conception de deux dispositifs expérimentaux pour tester les différents types de connecteurs (goujons et plats à boudin) sous des sollicitations de cisaillement ou d'arrachement. Deux types de bétons sont étudiés sous des températures variant de 20 à 550°c. L'identification globale expérimentale de la connexion est complétée par une analyse numérique détaillée de l'arrachement du goujon. Les résultats de l'étude des ancrages par goujons ont permis d'identifier, en fonction de la température, leur comportement à l'arrachement en distinguant: l'adhérence acier-béton, la rupture de cette liaison, ainsi que les déformations du béton et de l'acier au niveau de la tête et le long de l'interface acier béton. Le comportement vis-à-vis du cisaillement de ce type d'ancrage est caractérisé par une courbe effort-glissement non linéaire de rigidité décroissante avec la température. Pour les ancrages par plats à boudin, et au cisaillement est caractérisé

Il s'agit de concevoir des éléments constructifs en matériaux cimentaires en fabrication additive grande échelle. La précision géométrique et la liberté formelle apportées par le procédé d'impression 3D de pâtes de ciment à propriétés variables permet d'envisager une architecture interne de l'ordre du centimètre pour des éléments constructifs à grande échelle (typiquement de l'ordre du mètre). Pour cela il convient d'établir des cahiers des charges pertinents pour ces éléments, au regard des possibilités constructives (procédé), des propriétés atteignables (mécanique, thermique, acoustique) et de l'intérêt qu'ils peuvent présenter à un niveau architectural et industriel. La première partie du travail porte en particulier sur la conception de parois architecturées, réalisant des performances accrues
This work addresses a particular topic of automation in construction called 3D concrete printing, or additive manufacturing of cementitious materials. It proposes new manufacturing techniques, other than casting or projection, making use of programmed robots to progressively bring the material where it needs to be, without traditional moulds. The associated promises are thus waste reduction, speed and versatility. More precisely we focus on extrusion techniques, they are inspired from a rapid prototyping approach called fused deposition modeling that consists in stacking laces of fresh mortar onto each other to form a three dimensional object.With such a technique, it is possible to "print" the walls of a house inside a gantry structure. This is the main idea proposed today, with promises of productivity, speed and labor cost reduction. This gained popularity in the past few years, businesses and academic projects were born all over the world, research being mostly focused on rheology and mortar formulation. The question of actual usage of such techniques is rarely placed at the center of discussion, whereas it is not clear yet how they will penetrate the market, and more importantly which among the many possible printing processes are more suited to be associated with complete building systems.The house printing idea is a direct and metaphoric transposition of the rapid prototyping method to a larger scale. With the current strategies, involving materials with high cement content, printing a single house in the form of straight or slightly curved walls can be seen as an environmental absurdity. To become a real solution to current housing issues, concrete printing has to bring significant innovation. It is not yet clear if productivity increase will be sufficient to do so. However, if new building products, of novel performances, could be made at a reasonable cost with such techniques, they could become a substantial addition to the building industry. The two courses of action are again material composition and geometry. Provided a very "poor" material is printable, massive straight wall houses can become competitive. Otherwise, material consumption can be decreased by printing walls with a complex and light internal structure. In chapter 4 we have proposed a potential solution to make lighter space structures for single house walls. Chapter 5 is dedicated to its prototyping.Apart from housing, the other main fields of application for building systems with robotic extrusion are infrastructures and public works. Some bridges have already been built. Specific underground structures have also been printed and installed in France, see figure below. For those sectors, complex geometrical context and specificity of prefabricated objects can account for 3D printing perhaps more easily than for housing. Surface finish and second work can indeed become less crucial, while productivity gains can be easily obtained.This work is divided in four chapters, and goes from theoretical to experimental. In chapter 2 we try to circumscribe our topic, namely robotic extrusion for automation in construction, through a state of the art report and some definition attempts. Many strategies are indeed possible to print cementitious materials, and can greatly differ in terms of physical phenomena at stake in the material or technology. This brings us to the subsequent question of actual building systems based on such printing processes. In chapter 3 we propose a classification method, to explore some possible approaches. The goal of this work is to shift the current discussion from the "house printing" approach to a generalized understanding of automated building systems with cementitious extrusion

La prédiction des déformations différées est d’une très grande importance pour l’étude de la durabilité et de l’aptitude au fonctionnement à long terme des structures en béton (ponts, enceintes de confinement de bâtiments réacteurs des centrales nucléaires, etc. ). En effet, elles peuvent être à l’origine de la fissuration, de pertes de précontrainte, d’une redistribution des contraintes et même, plus rarement, de la ruine de l’ouvrage. L’objectif de ce travail est alors de développer des outils de calcul numérique, capable de prédire le comportement différé de structures en béton. Pour cela, un nouveau modèle hydromécanique du béton est développé, intégrant la description des phénomènes de séchage, de retrait, de fluage et de fissuration. La modélisation du retrait de dessiccation est basée sur une approche unifiée du fluage et du retrait. Les modèles de fluage propre et de fluage de dessiccation sont basés sur des mécanismes hysico-chimiques plausibles, se produisant à différentes échelles d’observation de la pâte de ciment. Le modèle de fluage propre est associé à la micro-diffusion de l’eau adsorbée entre la porosité interhydrates et intrahydrates et la porosité capillaire, et au glissement des feuillets de C-S-H à l’échelle des nanopores. Le fluage de dessiccation est induit par la micro-diffusion de l’eau adsorbée à différentes échelles de porosité sous l’effet d’une sollicitation mécanique et hydrique combinée. Le retrait de dessiccation résulte, en effet, de la déformation élastique et différée du squelette solide, sous les effets de la pression capillaire et de la pression de disjonction. Le comportement mécanique du béton fissuré est modélisé en utilisant le formalisme de l’élastoplasticité endommageable orthotrope. La combinaison de ces phénomènes est effectuée dans le cadre de la mécanique des milieux poreux non saturés, en s’appuyant sur le concept des contraintes effectives. Ce modèle a été incorporé dans un code de calcul aux éléments finis. L’analyse du comportement différé d’éprouvettes et de structures en béton et en béton précontraint, soumises à des sollicitations hydriques et mécaniques combinées, est alors présentée
The prediction of delayed strains is of crucial importance for durability and long-term serviceability of concrete structures (bridges, containment vessels of nuclear power plants, etc. ). Indeed, creep and shrinkage cause cracking, losses of pre-stress and redistribution of stresses, and also, rarely, the ruin of the structure. The objective of this work is to develop numerical tools, able to predict the long-term behavior of concrete structures. Thus, a new hydro mechanical model is developed, including the description of drying, shrinkage, creep and cracking phenomena for concrete as a nonsaturated porous medium. The modeling of drying shrinkage is based on an unified approach of creep and shrinkage. Basic and drying creep models are based on relevant chemo-physical mechanisms, which occur at different scales of the cement paste. The basic creep is explicitly related to the micro-diffusion of the adsorbed water between interhydrates and intrahydrates and the capillary pores, and the sliding of the C-S-H gel at the nano-porosity level. The drying creep is induced by the micro-diffusion of the adsorbed water at different scales of the porosity, under the simultaneous effects of drying and mechanical loadings. Drying shrinkage is, therefore, assumed to result from the elastic and delayed response of the solid skeleton, submitted to both capillary and disjoining pressures. Furthermore, the cracking behavior of concrete is described by an orthotropic elastoplastic damage model. The coupling between all these phenomena is performed by using effective stresses which account for both external applied stresses and pore pressures

La France compte' aujourd'hui plusieurs centaines de monuments historiques en béton. Ces batiments, qui pour les plus anciens datent de la fin du XIXe siècle, présentent parfois des états de dégradation importants. Il est urgent d'intervenir pour plusieurs d'entre eux. Les matériaux et les techniques de réparation sont nombreux. Leur choix est conditionné par l'état d'avancement des désordres et par la nature des substrats. L'objectif de cette études est une meilleure compréhension des caractéristiques et des comportements physico-chimique et mécanique d'un système complexe constitué d'un substrat (béton ancien dégradé) et d'un mortier de réparation. Dans cette démarche nous pouvons distinguer trois étapes essentielles : l'identification du matériau substrat, ainsi que l'analyse des causes et l'origine de la détérioration afin d'éviter qu'elles ne réapparaissent après la réparation. Le choix du mortier de réparation adéquat qui assurera sa fonction de réparation sans causer des dégradations au béton adjacent. On parle ici d'une compatibilité entre le matériau de réparation et le substrat. La dernière étape est celle de l'étude du système réparé permettant d'identifier l'influence de différents paramètres sur la stabilité et la durabilité de ce système. Pour atteindre nos objectifs, nous avons mis en IJuvre de nombreuses techniques expérimentales physico-chimiques et mécaniques dont les résultats ont permis de répondre aux questions abordées. Nous avons par ailleurs entrepris une étude numérique visant à renforcer les résultats expérimentaux notamment ceux concernant le comportement du système réparé. La connaissance des propriétés physico-chimiques et mécaniques des substrats et des matériaux de réparation, ainsi que les phénomènes agissant sur le comportement du système réparé nous paraissent un préalable indispensable à la cohérence de notre démarche ; cela nous a apporté de nombreux résultats complémentaires, ouvrant probablement la perspective de nouveaux travaux. L'identification des matériaux de base et de réparation, ainsi que le diagnostic des pathologies ont été effectués en utilisant les techniques physico-chimiques classiques d'analyse et d'observation : MEB, CL, DRX, IRTF, ATD/TG, mesure de porosité, mesure de retrait, etc. La caratérisation de leurs comportements mécaniques s'est appuyée sur des essais de flexion trois points et des essais de compression et de traction uniaxiales. Le choix de ces essais était motivé par la volonté d'appréhender l'évolution de leur comportement à la fois sous sollicitations de type traction et compression. Ces essais ont été définis dans la perspective d'étudier leur comportement mécanique et de caractériser "proprement"leur endommagement. Enfin, nous avons mis au point des essais de traction post-pic dans le but d'étudier la réponse complète en traction des mortiers étudiés. Bien que le manque de temps ne nous ait pas permis de mener à bien leur étude systématique sous ce type de sollicitation, Les résultats probants obtenus sur deux mortiers renforcés aux fibres et un mortier classique ont montré la faisabilité et la fiabilité de ces essais sur les matériaux cimentaires. L'étude du comportment mécanique des éprouvettes composites substrat-mortier de réparation a permis à la fois de dévoiler l'influence de différents paramètres sur le comportement du système réparé et de définir un protocole d'interventtion permettant la réalisation de réparations efficaces et durables. Des essais de compression-cisaillement, de flexion trois points et de traction sur éprouvettes composites substrat-mortier de réparation ont été réalisées. Plusieurs comportements ont été observés dont nous avons proposé les interprétations. L'effet du retrait empêché sur le comportement de l'élément réparé a été simulé à l'aide du code de calcul par éléments finis ABAQUS en se basant sur les résultats expérimentaux obtenus. Nous en avons pu étudier l'influence de différents paramètres tels que l'épaisseur de la couche de réparation, et leur conséquence sur le comportement de l'élément subissant le retrait. Des recommandations pour des réparations durables sont enfin proposées.

En construction mixte acier/béton il convient d'éviter le glissement et le soulèvement à l'interface acier/béton en utilisant des connecteurs qui ne doivent pas participer à la résistance de ruine de la structure, mais ils ne doivent pas se rompre avant le béton. Nous proposons une nouvelle classe intermédiaire relative au connecteur semi-ductile qui s'ajoute aux deux classes réglementaires connecteur ductile et connecteur rigide. Des essais push-out ont été réalisés sur différents types des connecteurs. L'analyse des résultats signale les modes de rupture observés en dégageant un mécanisme de fonctionnement général. Nous avons développé un modèle numérique pour le connecteur en cornière et en goujon assimilé à une poutre console noyée dans le béton. Les résultats sont très satisfaisants. La simulation numérique par éléments finis que nous avons développé montre que les hypothèses retenues et le mécanisme de ruine proposé sont valables. Nous proposons la prise en compte, dans les formules de l'eurocode 4 et celles de la norme du Canada, de coefficients appliqués aux dimensions géométriques des connecteurs qui ont l'avantage de rendre les formules réglementaires mieux adaptées aux résultats expérimentaux

La durabilité est devenue un critère important à prendre en compte lors de la conception d’une structure en béton. Tout particulièrement celles construites en milieux aqueux agressifs et soumises aux attaques chimiques tels que les sulfates qui sont connus pour leur pouvoir destructif sur les matériaux cimentaires. L’objectif de ce travail est d’établir un essai représentatif du cas réel et de proposer une étude pertinente afin d’évaluer les paramètres influençant la performance des matériaux cimentaires soumis à une attaque sulfatique externe (ASE). Dans ce cadre, on s’est intéressé aux conditions d’exposition comme la concentration en sulfates de la solution environnante, le temps d’exposition et le pré-conditionnement ainsi qu’aux paramètres liés aux propriétés du matériau comme le type de ciment, les propriétés de la matrice cimentaire, les conditions de cure et les additions minérales. Les différentes mesures originales et analyses (MEB, ATG, Porosimétrie) ont montré que le gypse peut avoir un caractère destructif et expansif au même titre que l’ettringite. Aussi, le degré de saturation a une influence significative sur la cinétique et sur le scénario de la dégradation. Afin de comprendre le mécanisme de dégradation et de suivre le comportement du matériau tout au long du processus de l’attaque, nous avons eu recours à la modélisation numérique du phénomène. On propose une amélioration du modèle Tixier & Mobasher notamment au niveau de la prise en compte de l’endommagement. Ce modèle a été implémenté par la suite dans le code de calcul par éléments finis ‘Comsol Multiphysics afin de suivre la propagation du front de la concentration et de la dégradation. Les résultats numériques sur la diffusion des sulfates et la formation des produits expansifs sont prometteurs
Durability became an important criterion to take into account when designing concrete structures. Particularly those built in aggressive aqueous media and subjected to chemical attacks such as sulphates, which are known for their destructive ability on cementitious materials. The objective of this work is to establish a representative test for the field conditions and to propose a relevant study to evaluate the effect of these parameters on the performance of cementitious materials subjected to an external sulphate attack (ESA). In this frame, we focused on the exposure’s conditions like the sulphate concentration of the surrounding solution, the exposure time and pre-conditioning, and we will study the parameters related to the material properties such as the type of cement, the properties of the cement matrix, the curing conditions and the mineral additions. The different measures and analyses (SEM, TGA, Porosimetry) show that gypsum has a destructive and expansive character as well as ettringite. The saturation degree has also an important influence on the kinetics and on the degradation scenario. In order to understand the degradation mechanism and analyse the behaviour of the material throughout the attack, we propose the numerical modelling of the phenomenon. We propose an improvement for Tixier & Mobasher model on the damage level. This model is then implemented in Comsol Multiphysics’, finite element software to follow the propagation of the concentration and degradation fronts. These numerical results on sulphate diffusion and expansive product formation are promising

Le but de ce travail est d'élaborer une modélisation numérique de la fissuration du béton en tenant compte de l'heterogeneite du matériau. On modélise de manière explicite cette heterogeneite vis-à-vis de la constitution et de l'apparition des fissures par des valeurs aléatoires, et décrit les micro- et macro fissures comme des discontinuités cinématiques. On aboutit a une modélisation, que l'on espère, objective donnant des résultats qui soient peu dépendant du maillage adopte. Ce modèle nous permet de décrire plus pertinemment le processus de fissuration du béton et de donner des informations précises concernant l'ouverture et la position des fissures, ce qui intéresse les ingénieurs du génie civil pour faire un diagnostic de l'état de l'ouvrage endommage. Les résultats numériques obtenus couvrent le domaine des structures en béton, béton arme et béton de fibres. Une grande série d'essais de traction directe a été réalisée sur trois types de bétons pour déterminer les fonctions de distribution de la résistance à la traction et du module d'young en fonction du volume de matériau. Cette étude nous a permis de proposer des expressions analytiques assez générales qui tentent d'accéder aux fonctions de distribution des résistances à la traction, a partir de la résistance en compression, pour n'importe quel type de béton

Pour qu'un planning soit utile lors de la réalisation du chantier, celui-ci doit intégrer mieux qu'actuellement les conditions de l'éxécution et du travail efféctué. La bonne productivité et la rentabilité d'un chantier de construction dépendent considérablement du planning du cycle de réalisation du gros-oeuvre et de la rotation des matériels de coffrage qui en résulte. Le cycle gros-oeuvre correspond à la période de réalisation des ouvrages verticaux et horizontaux d'un étage courant, cycle pouvant se répéter à chaque niveau. Le planning du cycle est contrôlé par de nombreuses contraintes techniques. Certaines contraintes appélées "contraintes verticales" contrôlent la réalisation des ouvrages verticaux (voiles, poteaux, poutres, etc. ) par rapport à celle des ouvrages horizontaux (zones plancher) du même niveau. D'autres contraintes appelées "contraintes horizontales" contrôlent la réalisation d'ouvrages verticaux d'un même niveau entre eux. La définition du cycle est actuellement effectuée manuellement par des ingénieurs expérimentés capables d'intégrer rapidement les multiples containtes d'éxécution à prendre en compte. Ce travail complexe est long et difficile. Une seule solution est généralement construite si bien que rentabilité et marge financière du chantier en découlent sans réelle possibilité d'optimisation
A plan which is to be useful for a process in the future should be a forecast of the best way to carry out that process. In mulit-storey building this objective is usually achieved by the efficient use of resoureces and depends on the definition of an appropriate plan of repetitive cycle (typical floor network). The typical floor network involves idnetical activities repeated consecutively from one floor to the next. The sequence of works in this type of construction is controlled by many technical constraints. Some of thesconstraints are between works executed on the same stage (horozontal constraints), and some of them are between works executed on different stages (vertical constraints)

Les développements récents des moyens informatiques permettent d'appréhender le calcul des structures sous chargement complexes en utilisant des modèles de comportements réalistes. Malgré tout les calculs e. F. Classiques, utiles pour la vérification des ouvrages, sont encore lourds à manipuler et ne répondent pas toujours aux exigences de la conception. Dans ce contexte le travail réalisé porte sur l'étude d'une modélisation simplifiée du calcul des structures en béton arme. Les bases de cet outil sont: une description éléments finis multicouche de la structure, un modèle d'endommagement a caractère unilatéral, l'introduction des distorsions liées au cisaillement. Cette modélisation est développée dans le cadre du programme expérimental CASSBA ce qui permet d'apprécier son champ d'application pour le calcul dynamique des bâtiments. Enfin la réponse aux chocs des ouvrages est abordée par l'élaboration et l'implantation d'un modèle de comportement visco-endommageable de conception classique. L'utilité d'un tel modèle est montrée pour la modélisation de l'influence de la vitesse de chargement sur le comportement du matériau ainsi que pour le caractère stabilisant sur réponse numérique des calculs de structures soumises a un choc

Les modèles d'endommagement ont fait l'objet de nombreuses études ces dernières années. En effet, une fois implantes dans un code de calcul, ils permettent de prédire l'état d'endommagement d'une structure sous chargement. Ces modèles peuvent se décliner en une version isotrope ou anisotrope. Dans ce document, nous nous sommes attaches à construire une classe de modèles allant du modèle d'endommagement isotrope à celui anisotrope (le plus général possible). Ce modèle reproduit certaines caractéristiques physiques observées expérimentalement sur les matériaux adoucissants tel que le béton. La méthode de décomposition de l'endommagement sur des microplans permet de décliner le même type de modèle en une version isotrope et une version anisotrope. Cette méthode est basée sur l'établissement des lois de comportement sur les microplans. Afin de voir l'influence de l'anisotropie induite par endommagement sur le comportement mécanique du béton, notre modèle a été implante dans un code éléments finis puis teste sur des exemples précis de la littérature.

Dans un premier temps, nous proposons, à partir d’un dispositif électrique qui permet par effet Joule d’élever en température les aciers de construction, de détecter le tracé des câbles de précontrainte et des vides d’injection ainsi que de caractériser la diffusivité thermique du béton d’enrobage par thermographie infrarouge active. Dans un deuxième temps, nous présentons une étude sur la localisation géo-référencée de cavités sous un ouvrage en béton par thermographie infrarouge passive. Tout d’abord, sur la base d’un modèle numérique en différences finies utilisant un schéma ADI , une étude comparative est réalisée sur la détection des câbles par contraste et par thermographie à phase pulsée (TPP). Dans l’étude expérimentale réalisée sur des spécimens de poutre précontrainte, nous montrons que la TPP améliore, grâce à l’analyse des images des déphasages fréquentielles, la détection des câbles lorsque le béton d’enrobage est dégradé ainsi qu’en présence de vides d’injection. A partir des mêmes données expérimentales, la caractérisation du béton d’enrobage sain et un béton dégradé est réalisée à l’aide d’une méthode inverse. Les résultats montrent que les diffusivités thermiques estimées sont proches de celles mesurées en laboratoire. En ce qui concerne la démarche d’une localisation géo-réféncée de cavités dans un ouvrage de grande taille, une méthodologie basée sur une étude bi-temporelle est présentée. Les résultats montrent une concordance importante des anomalies thermiques relevées en surface et la présence de cavités observées en sous face de l’ouvrage
This work deals with the study of infrared thermography as a non destructive testing method in order to detect defect in concrete buildings. First time, the aim is to detect tendons and empty duct and characterise the thermal diffusivity of reinforced concrete by active thermography. Pulsed Phase Thermography (PPT) is used to increase the detection by the analyse of phase images in low frequencies. The thermal diffusivity is identified by iterative inverse method Gauss Seidel and numerical model. This method minimise the sum of a least square function defined as the difference between measurements and a model results. Based on an exhaustive study of sensitive coefficients, the experimental mode is optimally designed. Second time, by passive thermography, we try to detect flaws under concrete slabs using time sequential thermography. To obtain accuracy location, the thermal images are associated to a topographical reference

Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse portent sur la modélisation et la compréhension du comportement des structures en béton soumises à des chargements de type cyclique et dynamique. Le programme expérimental camus (maquette de bâtiment a échelle 1/3), réalisé sur la table sismique du CEA-Saclay, nous a permis, par une confrontation avec des simulations numériques, de mettre en avant les deux points sensibles du calcul que sont : la prise en compte physique des phénomènes d'amortissement ainsi que la détermination objective d'un critère de ruine sur structure. Afin d'améliorer la prédiction des calculs numériques, le présent travail tente de diminuer l'importance d'une matrice globale d'amortissement au profit d'une représentation locale des dissipations. Ainsi l'hystérésis du matériau, dérivant du frottement entre lèvres de fissures, est décrite par un couplage entre le niveau d'endommagement et la présence de contraintes de frottement sur les plans de décohésion. Ce modèle local, établi dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles, permet de relocaliser la dissipation dans les zones sollicitées et de la corréler au niveau de fissuration. L'implantation numérique du modèle a été réalisée dans un code ef de type poutre multicouches et validée sur des essais de flexion 3 points sur poutres en béton arme. La prise en compte d'un critère de ruine nous a conduits à la question de la localisation des déformations dans des contextes de dynamique lente et rapide. Dans ce but, un modèle visco-endommageable a été implante dans un code de dynamique explicite tridimensionnel permettant de traiter ce problème pour des chargements a grande vitesse de déformation.

Dans ce travail, nous avons tout d'abord étudié l'influence des principaux paramètres tels que le mode de construction de la dalle de compression, l'état de surface des substrats, la nature de l'adhésif et l'épaisseur irrégulière du joint sur les performances mécaniques des poutres mixtes collées de 3. 3 m de portée. L'instrumentation par des jauges électriques et des capteurs inductifs nous a permis de déterminer la répartition des déformations dans les corps d'épreuve ainsi que de mesurer le glissement et le soulèvement relatifs de la dalle par rapport au profilé métallique. Ensuite, nous avons réalisé un test expérimental en flexion trois points sur une poutre mixte collée de 8. 5 m de portée afin d'analyser le comportement mécanique de la structure collée en vraie grandeur. Nous montrons qu'en utilisant un adhésif époxyde au comportement rigide comme élément d'assemblage dans les poutres mixtes acier-béton et en appliquant un sablage des surfaces des deux substrats, le collage peut assurer une connexion parfaite entre l'acier et le béton. Nous montrons également que la dalle de compression peut être réalisée par plusieurs éléments, en béton préfabriqué, collés bout à bout. Et finalement, en comparant le comportement mécanique des poutres mixtes collées avec une épaisseur irrégulière du joint dans le sens transversal et longitudinal avec celui d'une poutre mixte collée avec une épaisseur de joint régulière, on peut tolérer une variation de l'épaisseur du joint d'adhésif d'une amplitude de 2 mm dans le sens transversal et de 4 mm dans le sens longitudinal de la poutre. En conclusion, le collage peut se substituer aux connecteurs métalliques et assurer la mixité recherchée
This study concerns the experimental and theoretical analysis of the mechanical behaviour of the steel-concrete composite beams assembled with an adhesive joint. First, we studied the effect of the main parameters such as the construction method of the concrete slab, the surface state of the substrates, the adhesive nature and the irregular thickness of the adhesive joint on mechanical performances of the glued composite beams of 3. 3 m of span. The use of strain gauges and inductive sensors enabled us to characterize the strains distribution in these beams and to measure the relative displacements between concrete slab and steel girder. In the second time, we carried out a bending experimental test on a full-scale of glued composite beam, (8. 5 m of span) in order to analyze the mechanical behaviour of the full-scale glued structure. Using an epoxy adhesive with the rigid behaviour to bond concrete slab to steel girder and sanding the surfaces of the two substrates steel and concrete, we showed that the connection by bonding with adhesive can ensure a perfect connexion between steel and concrete. We also showed that the concrete slab can be carried out by several precasted concrete elements glued together. Finally, the comparison beteween the mechanical behavior of the composite beams glued with an irregular thickness of the adhesive joint, in the transverse and longitudinal direction, and that of a composite beam glued with a regular thickness of adhesive joint, allowed us to tolerate a variation in the thickness of the adhesive joint of 2 mm in the transverse direction of the beam and of 4 mm in the longitudinal one. In conclusion, bonding can replace the metal connectors and allows to concrete slab and steel girder to act as unit alone

Cette thèse en Histoire de l'art, réalisée sous la direction de B. Foucart, porte sur l'histoire de la construction en béton armé avant la Première Guerre mondiale, et plus spécifiquement sur l'activité de la firme Hennebique dont l'essor est étroitement lié à celui du matériau. Promoteur en 1892 d'un nouveau système de construction, François Hennebique (1842-1921) se trouve en effet, à la fin du siècle, à la tête d'une puissance firme d'ingénierie, véritable multinationale, qui ne cesse de croitre jusqu'à 1914. L'ampleur de l'organisation qu'il met en place afin de diffuser ses brevets, le nombre et la variété des ouvrages qu'il réalise à travers le monde, la notoriété, enfin, de sa maison le démarquent nettement de ses concurrents. Cependant, malgré cette renommée, l'œuvre d'Hennebique n'a, jusqu'à présent, été qu'effleurée par les chercheurs : le déverrouillage récent des archives de la société béton armé Hennebique nous a permis d'étudier de manière approfondie les multiples aspects de l'activité de la firme, éclairant ainsi, de manière plus générale, le développement de l'emploi du nouveau matériau qu'est, au tournant du siècle, le béton armé. Nous avons cherché, dans le cadre de cette thèse, à porter un regard nouveau sur l'évolution de la notion de "système constructif" vers celle d'un "matériau" accédant progressivement à son autonomie. Ce travail consiste, à partir de la plateforme d'observation qu'est l'entreprise Hennebique, à mieux cerner la place et le rôle des principaux acteurs (entrepreneurs, architectes, ingénieurs) de cette transformation qui conditionne l'histoire du béton armé.

Une procedure experimentale permettant de coupler des investigations physico-chimiques et mecanique est mise au point puis utilisee pour suivre l'evolution des caracteristiques de la liaison acier-beton en fonction du temps et sous l'influence d'actions endogenes et exogenes. Le modele experimental est une eprouvette mixte constituee de deux matrices de mortier separees par une plaque d'acier, a l'etat de surface maitrise. L'inclinaison de la plaque par rapport a l'axe longitudinal de l'eprouvette mixte est variable, ce qui permet d'obtenir, avec un effort axial impose, plusieurs combinaisons de contraintes normales et tangentielles dans la zone de contact acier beton. La premiere partie de ce travail est consacree d'une part a l'etude theorique du champ des contraintes a l'interface du modele propose, et d'autre part a une verification experimentale effectuee sur une eprouvette instrumentee par des jauges de deformations. Dans la seconde partie le modele experimental est utilise pour suivre l'evolution de la liaison acier-beton d'eprouvettes comportant des plaques metalliques presentant divers etats de surface. Apres rupture l'interface metal beton est analysee par diffractometrie des rayons x, par microsonde electronique, et observee par microscope electronique a balayage. Les resultats obtenus montrent que l'etat de surface de la plaque et la formation des composes d'interaction, lorsque le metal reagit avec le ciment, se traduisent par une modification de la resistance mecanique de la liaison. La meme procedure est appliquee a des eprouvettes soumises pendant un temps significatif a une action couplee mecanique et chimique. Les premiers resultats montrent qu'a long terme la liaison pourrait etre alteree

L'objectif principal de notre travail est de contribuer a l'etude des caracteristiques de la liaison d'adherence entre les barres d'acier et le beton de hautes performances. Ce beton est obtenu par l'introduction d'une poudre appelee fumee de silice condensee en association avec un fluidifiant (polymelamine). Nous avons mene nos travaux sur deux types d'essai d'adherence en distinguant les deux aspects essentiels du role joue par la liaison armature-beton (adherence-ancrage et adherence-fissuration). Dans la premiere partie nous avons fait varier les parametres entrant en jeu dans la liaison acier-beton (longueur d'enrobage, diametre de la barre, resistance du beton d'enrobage, rugosite de la barre), les resultats de cette etude nous ont permis de mettre en evidence le role des parametres constitutifs de la liaison acier-beton, dont nous avons pu deduire les lois definissant les variations de la contrainte tangentielle moyenne en fonction du glissement relatif de la barre. Dans la deuxieme partie nous avons analyse les performances de l'adherence-fissuration en les evaluant caracteristiques de fissuration du beton d'enrobage (espacement et ouverture des fissures). Une etude comparative a ete realisee entre des tirants en beton de hautes performances et beton ordinaire, pour apprecier l'effet produit sur l'espacement et l'ouverture des fissures par une augmentation de resistance et de rigidite du beton constitutif du tirant

Le but de cette thèse est l'étude prédictive par calcul aux éléments finis des effets de la fissuration à l'échelle de structures en béton armé et précontraint soumises à des chargements statiques, cycliques et dynamiques. Il s'agit d'une part de préciser les lois de comportement des matériaux constitutifs de ces structures, et d'autre part de développer des outils numériques adaptés. Pour la modélisation du comportement du béton, un modèle du comportement macroscopique est présenté, couplant la plasticité à l'endommagement. Pour la partie plastique, il s'agit d'adapter la loi élastoplastique au comportement spécifique du béton. La (micro)fissuration du matériau est représentée à l'échelle macroscopique en termes de déformations plastiques, et l'apparition et l'évolution du dommage par l'évolution de variables plastiques. En particulier, la porosité plastique modélise la variation irréversible de l'espace poreux connecté créé par (micro)fissuration. Cette signification physique est à la base du couplage phénoménologique de la plasticité et de l'endommagement : les effets du dommage sont modélisés par une variation des caractéristiques élastiques fonction de la variable d'endommagement choisie : la porosité plastique. Cette loi de comportement est utilisée au sein d'un élément fini particulier : l'élément poutre multifibre, issu de l'extension des approches multicouches au cas tridimensionnel. L'outil numérique développé permet de prendre en compte des phénomènes non-linéaires tant matériels que géométriques dans l'analyse de structures à poutres sous des chargement divers avec un temps de calcul raisonnable. Pour l'application au cas des structures en béton précontraint, la formulation prend en compte des déplacements relatifs (glissement) entre câble précontraint et béton : la précontrainte est traitée comme un problème de condition aux limites à l'interface acier-béton. Ces développements sont mis en oeuvre dans un code de calcul par éléments finis. Au travers d'exemples d'applications numériques, le domaine d'application et les limites des outils proposés sont précisés. Ces outils se veulent une aide à la conception pour les ingénieurs, dans les études prédictives des effets du dommage à l'échelle des structures.

Le travail présenté dans ce mémoire concerne la réponse sismique d'ossatures non contreventées en portiques métalliques ou en portiques mixtes acier-béton, influencée par le comportement des assemblages. Les assemblages, de type poutre-poteau, en acier ou la partie en acier des assemblages mixtes sont réalisés par des platines d'extrémités boulonnées, utilisant des boulons H. R. à serrage contrôlé. La première partie de l'étude, à caractère expérimental, relate plusieurs séries d'essais effectués à Rennes et à Timisoara ; son objectif est de rechercher des dispositions constructives appropriées en vue d'obtenir un meilleur comportement ductile des assemblages métalliques et mixtes, soumis à des chargements de types monotone et cyclique, ces chargements pouvant être symétriques ou fortement dissymétriques. Une attention particulière est accordée à certains points de détails des assemblages : partie inférieure de la platine boulonnée au moyen d'essais élémentaires de type " T-stub ", type de chanfrein à exécuter pour le soudage des poutres à la platine, renforcement du panneau d'âme du poteau métallique par des doublures, etc. Cette étude a permis de confronter les résultats de l'expérience aux modèles de calcul des normes actuelles, et de proposer quelques recommandations et formules simples permettant un meilleur comportement dissipatif. Une deuxième partie porte sur le calibrage des modèles numériques à l'aide du logiciel DRAIN 2DX, par rapport aux résultats des essais expérimentaux. En utilisant un modèle à fibres pour les éléments de type poutre-poteau, et en intégrant les caractéristiques mesurées des matériaux, on peut arriver à un bon accord avec les résultats d'essais. Pour les assemblages proprement dits, un modèle sophistiqué, basé sur une courbe enveloppe de réponse multi-linéaire incluant un comportement cyclique dégradable conduit également à une simulation convenable des courbes réelles moment-rotation. Dans la troisième partie, qui s'appuie sur des analyses non linéaires dynamiques et sur des données d'accélérogrammes du sol, on s'efforce de tirer parti des comportements des assemblages métalliques et mixtes expérimentés en laboratoire. Cinq portiques, dont un métallique et quatre mixtes sont analysés, en considérant les poutres reliées aux poteaux par des assemblages ayant des comportements similaires à ceux expérimentaux, donc plus ou moins rigides et/ou plus ou moins résistants. L'emplacement des structures a été supposé dans des zones de nature et d'intensité sismiques différentes, en particulier la France et la Roumanie. Les réponses des structures sont jugées en termes d'exigences portant sur les rotations élasto - plastiques des zones dissipatives et les déplacements relatifs entre étages. La réponse en ductilité globale est traduite en termes de facteur de comportement q et de rendement sismique η
The work presented in this report concerns the seismic response of moment resisting steel or composite steel-concrete frames, influenced by the behaviour of their joints. The steel of the beam-to-column joints or the steel part in the case of composite joints are realised by bolted end-plate connections, using HSF bolts with controlled preloading. The first part of the study, having an experimental character, relates several series of tests, performed at Rennes and at Timisoara; its objective is to research the appropriate constructive layouts for an improved ductile behaviour of the steel and composite end-plate beam-to-column connections under monotonic and cyclic types of loading, under symmetrical or strongly unsymmetrical conditions. A particular attention is given to some detail points of the connections: the inferior part of the end-plate, by means of basic experimental tests on “T-stub” subassemblies, bevel type used for welding of beams to the end plates, the reinforcing of the column steel panel of the steel column by doubling plates, etc. This study allowed us to compare the experimental results with those of the models proposed by recent codes and to propose some recommendations and simple formulae in order to permit a better dissipative behaviour. A second part concerns the calibration of numerical models, by the help of DRAIN 2DX computer code, according to the results of the experimental tests. In the case of beam-columns type of elements, using a fibre model and including the measured characteristics of the materials it was proved that we can arrive to a good agreement as compared to the experimental results. As for the connections themselves, a sophisticated model, based on a multi-linear envelope curve of response and including a degrading cyclic behaviour, leads also to an adequate simulation of the real moment-rotation response curves. Into the third part, based on the dynamic non-linear analyses and on soil accelerograms, we try to take advantage of the behaviour of the steel and composite connections tested in laboratory. Five moment frames, from which one metallic and four composite are analysed, considering the beams jointed to columns by connections having a similar behaviour of those tested experimentally, so more or less rigid and/or more or less resistant. The location of the structures was supposed in zones having different nature and seismic levels, particularly in France and Romania. The responses are judged in terms of the required élasto-plastic rotation of the dissipative elements and by the required inter-story drifts. The global ductility response is interpreted in terms of the behaviour factor q and of the seismic performance factor η

Dans les ouvrages du Génie Civil, l'acier est couvert par un film protecteur constitué d'oxydes de fer. Une pénétration des agents agressifs externes peut déstabiliser ce film et provoquer l'initiation de la corrosion. Lorsque la couche des oxydes s'épaissit du fait de la corrosion métallique une réduction de la section d'acier, une perte de ductilité, une perte d'adhérence ou une fissuration du béton peuvent se produire. La capacité portante diminue et le mécanisme de ruine des éléments d'ouvrage peut changer. Le besoin est alors de comprendre des mécanismes de la corrosion afin de réaliser une ré-évaluation de la durée de vie des ouvrages en béton armé soumis à la corrosion
In the reinforced concrete structures, by nature, the reinforcing steel is covered with a protective film consisted of iron oxides. Penetration of aggressive externat agents can destabilize the film and initiale corrosion. When the layer of corrosion products grows around of the steel, loss of the rebat cross-section which is transformed into rust, decrease of rebat ductility, cracking and delamination of the concrete and loss of bond between concrete and reinforcement can be observed. The mechanical load capacity decreases and the ruin mechanism of concrete structures can change. The necessity is Io understand phenomena due to corrosion in order to perform a re-evaluation of the service lifetime of the reinforced concrete structures attacked by the corrosion

Le comportement du béton peut être en première approximation décrit par un modèle élastique fragile endommagé. Il présente une anisotropie matérielle induite qui dépend surtout du chemin de chargement. Un tenseur du second ordre symétrique D est utilisé pour représenter l'évolution anisotrope de l'endommagement. Nous partons d'une écriture basée sur la notion des contraintes effectives qu'on applique dans un cas de sollicitation en traction torsion. L'obtention d'un modèle de comportement symétrique entre traction et compression conduit à proposer d'autres formes de représentation des contraintes effectives contenant le signe des contraintes principales et une seconde variable d'endommagement scalaire D permettant ainsi à l'endommagement d'agir différemment en traction et en compression

Depuis plusieurs années, la société MATIERE développe un nouveau type de renforcement des structures en béton reposant sur l'utilisation d'aciers plats crantés en substitution des aciers ronds à haute adhérence habituellement utilisés. Ce travail entre dans le cadre du programme de Recherche - Développement des techniques couvertes par les brevets de M. Marcel MATIERE. L'intérêt de ces nouveaux aciers plats crantés réside principalement dans leur géométrie qui permet d'envisager de nouvelles dispositions constructives associées à un gain sur l'épaisseur de béton, notamment au niveau de l'enrobage. Ces aciers sont principalement destinés aux éléments de type dalle ou aux voiles minces où ils permettront de réaliser les économies de béton les plus significatives. Cependant, aucune norme ou règlement ne prend en compte, à ce jour, ces nouveaux aciers. Une étude scientifique validée, principalement basée sur la modélisation numérique, s'est avérée nécessaire pour d'une part modéliser et comprendre l'interaction entre l'acier plat et le béton et, d'autre part, pour justifier que les méthodes de calcul traditionnelles restent applicables à ce genre de renforcement. Dans le cadre de la problématique de la fissuration, une stratégie de modélisation reposant sur une approche probabiliste multi-échelles a été développée. Cette approche multi-échelles ne consiste pas à développer une modélisation qui inclut, dans son formalisme, toutes les échelles, depuis l'échelle très locale jusqu'à l'échelle globale (une structure complète), mais à développer une panoplie de modélisations qui apportent des informations pertinences à l'échelle d'analyse choisie. Quelle que soit l'échelle considérée, la modélisation est succeptible de donner des informations sur l'ouverture et l'espacement de fissures. L'aspect probabiliste est essentiellement lié à l'hétérogénéité du matériau béton. Les modèles développés permettent aussi de tenir compte des effets d'échelle, propres aux matériaux hétérogènes, qui jouent un rôle prépondérant dans le comportement des structures en béton. Le travail de recherche a donc consisté à développer des outils de modélisation du comportement d'interface en parfaite cohérence avec l'échelle de modélisation des phénomènes envisagés, notamment au regard des processus de fissuration des structures renforcées par aciers plats. La démarche scientifique s'est appuyée sur une identification des paramètres de la modélisation par analyse inverse effectuée sur la base de résultats d'essais expérimentaux réalisés sur de grands tirants en béton armé par aciers plats. Les outils de modélisation ont ensuite été validés sur des modélisations du comportement en flexion de poutres-dalles de grandes dimensions comparées à des résultats d'essais expérimentaux. L'ensemble des essais expérimentaux, nécessaires à cette étude, ont été réalisés par Polytech' Clermont à la demande de l'entreprise MATIERE

Le présent mémoire est issu d’une collaboration entre le Ministère des Transports du Québec (MTQ) et le Centre de Recherche sur les Infrastructures en Béton (CRIB) de l’Université Laval lors du réaménagement de l’échangeur Dufferin-Montmorency. La démolition de certaines structures dont la vie utile n’était pas à terme a permis de recueillir une grande quantité d’informations sur l’état d’une structure en béton précontraint du réseau autoroutier québécois. Dans le 5ième chapitre, on y regroupe les observations particulières sur les éléments de précontrainte qui sont habituellement inaccessibles pour l’inspection. Dans le 7ième chapitre, on propose une classification des conditions d’exposition des divers éléments structuraux investigués ainsi qu’une technique numérique pour la prédiction du temps nécessaire avant l’initiation de la corrosion. Les 8ième et 9ième chapitres regroupent les discussions sur l’état de cette structure qui a la particularité d’avoir une portion n’ayant jamais été mise en service.
This work has been possible due to collaboration between the Ministère des Transports du Québec and the Centre de Recherche sur les Infrastructures en Béton de Université Laval at the restructuration of Dufferin-Montmorency overpass. The demolition of structures that haven’t reached their total service life time allowed the production of a great quantity of information on a prestressed structure of the Quebecer road network. In chapter 5, observations on prestressed structures have been grouped. This kind of information is, most of time, unavailable on an existing structure due to impossible inspection. In chapter 7, a classification of different exposure conditions of the inspected structural elements is showed as well as a numerical technique for predicting the time before corrosion starts. The last two chapters relate discussions on the actual state of this structure which is particular because one section has never been exposed to traffic.

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 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.
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
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

Ce travail concerne une étude expérimentale et théorique du comportement en flexion de tubes métalliques remplis de béton. Des essais en flexion circulaire monotone et alternée sont réalisés sur des éléments structuraux du type poutre constitué d'un tube avec ou sans diaphragme aux deux extrémités. Ces tubes sont remplis de béton et aucune connexion acier-béton autre que les deux diaphragmes, n'est réalisée. Les essais sous chargement monotone ont permis, d'une part, l'analyse du 5lissement à l'interface acier-béton et d'autre part, l'étude du comportement post-critique de la semelle comprimée en contact avec le béton. Les essais sous chargement alterné ont permis d’étudier la collaboration du béton avec le tube métallique à différents stades du chargement et au cours des cycles. Un modèle théorique du comportement de ces éléments sous chargement monotone est élaboré. Ce modèle tient compte de l'effet du glissement à l'interface acier-béton et du comportement post-critique de la semelle comprimée en contact avec le béton. Certaines hypothèses introduites dans ce modèle théorique sont issues des observations expérimentales. La comparaison des résultats issus de cette modélisation avec ceux obtenus lors des essais a permis une meilleure compréhension du comportement de ces éléments.

Cette étude concerne la modélisation du béton sous sollicitation de dynamique rapide. Il s'agit de prendre en compte un phénomène important observé dans les essais expérimentaux : l' effet de vitesse. La résistance apparente d'une éprouvette augmente lorsque la vitesse de sollicitation croît. Cette sensibilité à la vitesse de déformation est alors modélisée par une approche viscoplastique. Une viscosité de type Duvaut-Lions est introduite dans un modèle plastique. La description de la compression et la traction repose sur la construction d'un critère composé de deux surfaces ; un Rankine pour la traction et un Drucker-Prager pour la compression. Par ailleurs, le comportement du matériau béton étant supposé décrire un régime adoucissant en phase de rupture, une étude est nécessaire afin de vérifier que le problème est bien posé. La viscoplasticité joue le rôle de limiteur de localisation. Ainsi, on vérifie que les équations qui régissent 1' équilibre préservent leur caractère hyperbolique à 1 'amorce de régime adoucissant. Les bases d'un modèle de viscoplasticité étant posées, une validation du comportement statique est réalisée sur plusieurs simulations de structures. Enfin, une analyse numérique de 1 'effet de vitesse par le biais de l'essai de compression à la technique des barres de Hopkinson fait l'objet d'une discussion. Et la simulation de plusieurs structures soumises à sollicitation de dynamique rapide permet de mettre en exergue les limites du modèle. En fonction des points finis et des points faibles observés, une orientation sur les développements à venir est proposée.