Réhabilitation sismique des joints de chevauchement de piles de pont par chemisage en béton fibré à ultra haute performance

L'activité sismique des dernières décennies a été la cause de l'effondrement de plusieurs structures autour du globe. Dans le cas des ponts, plusieurs effondrements ou désordres majeurs ont été observés dans le cas d'ouvrages qui ne comportaient pas de détails de conception parasismique adéquats. Un des modes de rupture souvent observé est caractérisé par la désolidarisation des barres d'armature chevauchées suite à la formation de fissures de fendage due à la pression exercée sur le béton par les barres en traction et à l'éclatement subséquent du béton d'enrobage en compression. Ce type de rupture est provoqué par une conception déficiente des armatures dans les zones de moment maximum, souvent situées à la base des piles dans la zone de chevauchement avec les armatures de la semelle et de la pile. L'ajout d'un gainage extérieur en acier ou en matériaux composites s'est avéré une méthode de renforcement efficace qui a été utilisée sur plusieurs ouvrages pour augmenter le confinement à la base de piles circulaires ou carrées afin d'éliminer la fragilité du béton en traction et en compression dans les zones de chevauchement et de procurer un confinement au noyau central des piles. Ces méthodes d'apparence simple d'application requièrent des conditions particulières (béton sain, ajustement en chantier, etc.) qui amènent des contraintes additionnelles à leur mise en oeuvre. Ces méthodes perdent leur efficacité pour des piles de forme rectangulaires. Les méthodes disponibles pour les piles rectangulaires présentent un degré de complexité qui rend leurmise en oeuvre laborieuse. Ainsi très peu de méthodes de renforcement permettent de confiner adéquatement et efficacement les piles de section rectangulaire ou les piles murs.Récemment, des travaux de recherches exploratoires sur des piliers à grande échelle menés au laboratoire de Structures de l'École Polytechnique de Montréal ont démontré le potentiel d'un chemisage en béton fibré à ultra haute performance (BFUP) comme solution efficace pour éviter ce mode de rupture. Ces travaux ont consisté à remplacer le béton existant autour des barres chevauchées à la base des piles par du BFUP.

Abstract

Observations made following major earthquakes in the past four decades showed that reinforced concrete bridge piers may be seismically vulnerable. Splitting of the concrete in lap splice regions at the base of the column known as bond failure was frequently observed. This mode of failure is caused by common deficiencies including a lack of confinement by transverse reinforcements without cross ties and inadequate lap splice lengths. The improved behaviour given by steel and fibre reinforced polymer (FRP) jackets to a deficient lap spliced regions has been demonstrated for circular and square columns. The few solutions proposed for rectangular columns with a large aspect ratio are costly and complex to implement. A recent study on large scale bridge piers conducted at Polytechnique Montreal Structures Laboratory as shown the potential of anew retrofitting technique using ultra high-performance fibrereinforced concrete (UHPFRC). With this concept, the existing concrete cover is removed around the spliced bars and is replaced by UHPFRC. The main objective of this present project is to provide theoretical and experimental information on UHPFRC cover behaviourfor eliminating the flexural mode of failure known as bond failure in critical regions of rectangular columns. The first step was to identify from monotonic and cyclic tests on beams, the failure modes associated with different configurations of lap splice reinforced with UHPFRC. Based on these results, 4 rectangular full-scale bridge pier specimens were built and subjected to axial and transverse loading causing bending moment in the weak axis associated with higher ductility requirement.