Development of Prestressed Fibre-Reinforced Concrete Girders For Short-Span Bridges

La détérioration des infrastructures de ponts en béton armé dans les régions froides est fortement accélérée par des conditions environnementales agressives et par des impacts mécaniques répétés, entraînant une réduction de la durée de vie en service et une augmentation des coûts d’entretien. En milieu urbain dense, la faible hauteur libre sous les ponts limite également les solutions de réhabilitation, ce qui motive le développement de systèmes de ponts plus minces, plus durables et rapides à construire. Cette thèse porte sur le développement et le comportement structural de poutres de ponts précontraintes en béton fibré à hautes performances (BFHP) avec dalle intégrée, connectées longitudinalement par des joints en béton fibré à ultra-hautes performances (BFUP). L’objectif principal de cette recherche est de finaliser et de valider la conception de ces poutres tout en améliorant la compréhension des mécanismes de résistance au cisaillement dans les éléments en BFHP précontraints. L’étude combine une conception structurale conforme aux normes canadiennes en vigueur, un programme expérimental approfondi sur des poutres à l’échelle réelle et des analyses numériques avancées. Quatre poutres précontraintes en BFHP, présentant différentes géométries, portées de cisaillement et niveaux de précontrainte, ont été fabriquées en usine de préfabrication et soumises à des essais de flexion trois-points afin d’évaluer leur comportement en flexion et en cisaillement. La caractérisation des matériaux, la corrélation d’images numériques (DIC), l’analyse de l’orientation des fibres et la modélisation numérique non linéaire par éléments finis ont été utilisées pour quantifier la contribution des différents mécanismes de résistance au cisaillement, notamment la traction des fibres, l’engrènement des granulats, l’effet de goujon et l’action de la bielle comprimée. Les résultats expérimentaux démontrent que les poutres en BFHP présentent une résistance au cisaillement accrue, un contrôle efficace de la fissuration et des modes de rupture ductiles, permettant une réduction significative, voire l’élimination, des armatures transversales conventionnelles. Les analyses montrent que la précontrainte et l’orientation des fibres influencent fortement la contribution relative des mécanismes de cisaillement, la traction des fibres et l’action de la bielle comprimée étant dominantes.