Conception de parapets préfabriqués hybrides et monolithiques utilisant des bétons à haute et ultra-haute performance

Au Canada, les parapets de ponts sont dans la majorité des cas fabriqués en chantier. Ce type de fabrication permet d'obtenir des parapets avec une très bonne résistance mécanique, mais au prix d'un temps de pose élevé et d'une durabilité limité. En effet, à cause de la grande rigidité de la dalle, le retrait restreint du béton des parapets cause une fissuration précoce, augmentant la pénétration des sels de déglaçage et les effets des cycles gel-dégel. La solution proposée dans ce projet réside dans l'utilisation de parapets préfabriqués en bétons renforcés de fibres (BRF)offrant une résistance mécanique et une durabilité largement supérieure au béton ordinaire (BO). L'utilisation de parapets préfabriqués permet d'éliminer le retrait restreint causant la fissuration précoce des parapets coulés en chantier. De plus, l'utilisation de parapets préfabriqués minimise grandement le temps de construction des parapets et les coûts associés aux fermetures de ponts. Ce projet avait pour objectif la conception d'un type de parapet préfabriqué monolithique et d'un type de parapet préfabriqué hybride, composé d'un coeur en BO et d'une coque en béton fibré ultra-haute performance (BRF120MPa-4%). Ce nouveau type de parapet permet à la fois de profiter des qualités exceptionnelles du BRF120MPa-4% en plus de minimiser les coûts de fabrication comparativement à un parapet monolithique. Le deuxième objectif du projet concernait la conception d'un nouveau type d'ancrage permettant l'installation de parapets préfabriqués sur des dalles de pont nouvelles ou existantes. Un concept d'ancrage avec barres en U et goujons a été proposé. La performance des parapets a été validée par une série d'essais statiques et dynamiques sur des parapets de dimensions réelles. Ces essais ont démontré que les parapets préfabriqués répondaient aux critères de la norme canadienne (CSA-S6, 2006) en plus de montrer un endommagement limité lors des essais dynamiques. Les modèles en éléments finis développés ont adéquatement reproduit le comportement et la résistance des parapets préfabriqués. Cela a permis d'effectuer des études paramétriques amenant à des recommandations en termes de conception et d'installation des parapets.

Abstract

In Canada, concrete bridge parapets are normally built on site. This method construction offers good performance in terms of impact resistance, but it also presents several drawbacks. The construction sequence is highly time-consuming consist of the installation of the formwork, the concrete casting and a minimum curing time. Moreover these elements are exposed to rigorous environmental conditions such as freeze- thaw cycles and severe exposition to de-icing salts, which accelerate the degradation of concrete structures. These two factors of degradation are amplified by the early-age cracking due to restrained shrinkage. The proposed solution to the previous problem is the use of precast parapets using fibers reinforced concrete (FRC). FRC offers a superior mechanical resistance and durability compared to normal and high strength concrete. The use of precast parapets allows a quick installation on the job site and eliminates the early-age cracking due to restrained shrinkage. This research project focuses on the design of two new types of precast concrete parapets. The first is a monolithic parapet composed freeze-thaw resistant FRC. The second is a hybrid parapet composed of a high tensile strength FRC shell paired with a plain concrete core. This design takes advantage of the outstanding properties of FRC120MPa-4%, and minimizes the cost. In addition, a new anchorage system using U-shape rebars and studs was developed to repair the precast parapets to both new and existing bridges. The mechanical performance of the parapet was validated with both static and dynamic test on full-scale specimens. These tests showed that both of the parapet designs met the design criteria of the Canadian Bridges Code (CSA-S6, 2006). Moreover, the parapets showed little or no sign of damage after dynamic impact tests. A finite elements numerical model (FEM) was then developed, which accurately reproduced the overall behavior of the precast parapets subjected to static loading. After validating the model, a parametric study on the material and interface property and on the shape of the parapets was performed.