Évaluation expérimentale et numérique de la capacité résiduelle de dalles prélevées sur un pont existant et de l'effet d'un renforcement en BFUP sur leur résistance en cisaillement

This research project was conducted on a 60 year old bridge. Located in Canada, this bridge was subjected to severe climatic conditions and high mechanical loads. The most significant deterioration observed on the bridge was caused by the corrosion of the rebar. The research project was conducted on slabs from the bridge, to improve the understanding of the mechanical behavior and to allow the validation of new reinforcement methods. One method of strengthening bridge slabs while significantly increasing their durability and capacity is the use of ultra-highperformance fiber-reinforced concrete (UHPFRC). In this project, the residual capacity of the bridge slabs and the shear capacity of the bridge slabs reinforced with UHPFRC are experimentally and numerically evaluated. This bridge has an unconventional design, the objective of this project is to present a repair method applicable to more conventional designs that involve a larger quantity of bridges. This project has the particularity of studying and strengthening naturally aged slabs that have been loaded in service for almost 60 years. The slabs are tested in shear, a failure mode that is more brittle than bending and occurring at higher loads. To reach a shear failure, the a/d ratio, between the loading span and the depth of flexural reinforcement, must be considered. Eleven slabs are tested, two of these are reference slabs and nine are UHPFRC reinforced slabs, with three slabs for each a/d ratio considered: 2.5, 3.25 and 4. The results show that as the a/d ratio is decreased, the capacity increases and the ductility decreases. For slabs with a/d ratios of 4 and 3.25, shear cracks are observed, with ductile failure occurring by cracking of the UHPFRC layer. However, for the slabs with a/d = 2.5, the failure is brittle by slip of the interface between the original concrete (RC) and the UHPFRC layer. The experimental tests carried out in this project have demonstrated the significance of the contribution of UHPFRC in terms of stiffness, strength, and ductility, even for slabs with little reinforcement and an ageing history of more than fifty years. Using conventional surface preparation, and due to the bonding properties of the UHPFRC, the RC-UHPFRC interface was able to transfer large shear forces and was the weakest link only for the tests with a/d = 2.5.»

Résumé

Le projet de recherche a été réalisé sur un pont vieux d’une soixantaine d’années. Situé au Canada, ce pont a été soumis à des conditions climatiques sévères et des chargements mécaniques élevés. La détérioration la plus importante observée sur le pont était liée à la corrosion des armatures. Certaines dalles du pont ont été étudiées pour des fins de recherche afin d’améliorer la compréhension du comportement mécanique et permettre la validation de nouvelles méthodes de renforcement. Une méthode permet de renforcer les dalles de pont tout en augmentant considérablement leur durabilité et leur capacité, le renforcement en béton fibré ultra performant, le BFUP. Dans ce projet, la capacité résiduelle des dalles du pont à l’étude et la capacité en cisaillement des dalles du pont renforcées avec du BFUP sont évalués expérimentalement et numériquement. Le pont à l’étude a une conception particulière, l’objectif de ce projet est de présenter une méthode de réparation applicable pour des conceptions plus conventionnelles qui concernent une plus grande quantité d’ouvrages. Ce projet a la particularité d’étudier et de renforcer des dalles vieillies naturellement et qui ont été chargées en service pendant près de 60 ans. Les dalles sont testées en cisaillement, un mode de rupture plus fragile que celui en flexion et qui survient à des charges plus élevées. Pour obtenir une rupture en cisaillement, il faut considérer le ratio a/d, entre la portée de chargement et la profondeur du renforcement en flexion. Onze dalles sont testées, dont deux pour les dalles de référence et trois dalles renforcées en BFUP pour chaque ratio a/d choisi : 2.5, 3.25 et 4. Les résultats démontrent que plus on diminue le ratio a/d, plus la capacité augmente et plus la ductilité diminue. Pour les ratios a/d de 4 et 3.25, on observe des fissures de cisaillement, avec une rupture ductile par fissuration de la couche de BFUP. Cependant pour le ratio a/d = 2.5, toutes les dalles rompent fragilement par délamination de l’interface entre le béton ordinaire et le BFUP. Les essais expérimentaux réalisés dans ce projet ont certainement démontré l’importance de l’apport du BFUP en termes de rigidité, résistance et ductilité, même pour le cas d’une dalle avec peu d’armatures et ayant un historique de vieillissement de plus d’une cinquantaine d’années. En utilisant une préparation de surface conventionnelle, et grâce aux propriétés adhérentes du BFUP, l’interface BO-BFUP peut transférer de grands efforts de cisaillement et ne constitue le maillon faible que pour les essais avec a/d = 2.5.»