Conférences

​​​​​​​​​​​

Durabilité des bétons modifiés au latex – Études de cas et étude en laboratoire​

Mardi 4 mai 2021, 8 h 45

Richard Gagné, Université de Sherbrooke

M. Richard Gagné est professeur titulaire au Département de génie civil de l’Université de Sherbrooke. Il est codirecteur du Centre de recherche sur les infrastructures en béton (CRIB). Il est spécialiste de la durabilité et de la réparation des structures en béton. Parmi ses principaux thèmes de recherche, on trouve le développement de bétons autocicatrisants, l’utilisation de la biocicatrisation pour la réparation des fissures, le développement de méthodes de contrôle de la fissuration et des retraits des bétons, les bétons compactés au rouleau (BCR) et la réparation des structures en béton armé.

Résumé

Le vieillissement et l’entretien des infrastructures sont un grand défi pour les propriétaires d’ouvrages et les ingénieurs responsables de leur entretien. L’utilisation des sels de déglaçage et l’exposition du béton à des cycles de gel-dégel contribuent à la dégradation des ouvrages en béton. Le pont de l’île Verte à Laval, construit en 1954, a été reconstruit en 2018. En 1989, la dalle du tablier a été réparée avec une chape de béton modifié au latex. Avant la démolition du tablier, une section a été prélevée et soumise à une évaluation détaillée en laboratoire pour mesurer les caractéristiques de durabilité de la chape de béton après plus de 25 années de service. Cette présentation inclura les résultats obtenus à ce jour et fera une comparaison avec plusieurs autres ponts dotés d’une chape de béton modifié au latex qui ont plus de 20 années de service. En parallèle avec les résultats de la performance en service, cette présentation fera état des derniers résultats d’une étude détaillée de la durabilité de bétons modifiés au latex produits en laboratoire et en bétonnière mobile. L’étude porte notamment sur l’influence du type de mûrissement, du type de liant et du rapport E/L sur la perméabilité aux ions chlorure, la résistance aux cycles de gel-dégel (ASTM C666) et la résistance à l’écaillage (BNQ 2621-905)

Influence of strengthening time and type on ASR damaged concrete - Effet du temps et du type de renforcement sur le béton endommagé par la réaction alcali-silice (RAS)

Mardi 4 mai 2021, 9 h 30​

Sameh H. Diab, Université Concordia

M. Sameh H. Diab, Ph. D., est associé de recherche à l’Université Concordia. Il a 14 ans d’expérience dans le milieu industriel de la réhabilitation d’infrastructures ainsi que de la construction de stations de traitement des eaux, de stations d’épuration et de réseaux de distribution d’eau. Il est membre du Centre de recherche sur les infrastructures en béton (CRIB).

Résumé

Les infrastructures existantes constituent une part essentielle des richesses sociales. Au Québec, la réaction alcali-silice (RAS) est un problème omniprésent, surtout dans les ouvrages en béton existant. De nombreuses structures touchées par la RAS peuvent se détériorer au point de ne plus pouvoir supporter les charges structurales prévues.

Cette étude a permis d’explorer l’efficacité du renforcement du béton affecté par la RAS, selon différents niveaux d’expansion. Des cylindres de béton présentant différents niveaux d’expansion ont été renforcés, puis l’expansion et les propriétés mécaniques ont été mesurées pendant un an. Pour le renforcement, ont été utilisés des matériaux comme des feuilles unidirectionnelles de polymère renforcé de fibres de carbone (PRFC) et des feuilles de polymère renforcé de fibres de basalte (PRFB), ainsi que des techniques de gainage : mortier avec treillis en maille de fibres de verre, mortier avec un chemisage de PRFB, béton renforcé de fibres (BRF) et béton à base de granulats en caoutchouc avec du PRFB, etc.

Il a été constaté, d’une part, que l’ajout de fibres augmente la capacité en traction du matériau de renforcement, ce qui entraîne une pression de confinement plus élevée, et, d’autre part, que l’incorporation de granulats en caoutchouc réduit le niveau de contrainte dans le béton dû à l’expansion causée par la RAS. Toutefois, les techniques de gainage n’ont pas été aussi performantes que le confinement externe en polymère renforcé de fibres.

Ces travaux ont surtout permis de recueillir des données sur les facteurs temps et efficacité concernant divers types de techniques de renforcement couramment utilisées. Le facteur le plus important pour réduire l’expansion est le moment de l’application de la méthode de renforcement. Ces données aideront les ingénieurs à choisir les techniques de renforcement qui conviennent le mieux, en fonction du degré de détérioration du béton.

Modélisation de l’état d’un pont en béton à l’aide d’un modèle non linéaire de prédiction de la détérioration

Mardi 4 mai 2021, 10 h 30

Thomas Sanchez, Université Laval

M. Thomas Sanchez est un chercheur postdoctoral à l’Université Laval depuis mars 2018. Il est spécialisé en modélisation numérique des processus de transfert dans les matériaux poreux, et il a acquis de l’expérience en matière d’essais de durabilité et dans le domaine numérique (PhreeqC, TransChlor et GEMS).

Abdoul Salam Bah, Université Laval

M. Abdoul Salam Bah est doctorant en génie civil de l’Université Laval. Il est également titulaire d’un diplôme d’ingénieur en technologie des matériaux inorganiques de l’Institut polytechnique Gamal Abdel Nasser de Conakry (République de Guinée), où il a travaillé comme assistant enseignant-chercheur. Il détient aussi un master de recherche en ingénierie des matériaux de l’Université Assane Seck de Ziguinchor (République du Sénégal). M. Abdoul Salam Bah est lauréat de plusieurs bourses et prix, tels que la bourse d’excellence pour la haute technologie de la Banque islamique de développement (BID) et le prix de reconnaissance Sciences et Technologies de l’Université Assane Seck de Ziguinchor.

Ses centres d’intérêt en recherche comprennent la caractérisation des matériaux de construction ainsi que l’évaluation et la gestion des infrastructures du réseau routier. Il collabore actuellement à un projet de recherche en équipe financé par le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT). Sous la direction du professeur David Conciatori, le projet, intitulé « Système de gestion optimisée pour la maintenance des infrastructures (SGOMI) », porte sur la vulnérabilité des structures du réseau routier, le tout en vue d’améliorer la capacité du réseau routier à fournir un meilleur service aux usagers avec moins de répercussions sur les finances publiques.

Résumé

En ce qui a trait aux ouvrages d’art (ponts et ponts d’étagement), les systèmes de gestion sont le plus souvent basés sur les résultats d’inspections visuelles et d’évaluations ciblées d’un nombre restreint de structures. Les auscultations visuelles de ponts dépendent du jugement de l’inspecteur et sont converties, selon une procédure prédéfinie, en une cote qui décrit qualitativement l’état des matériaux (cote des matériaux) et la capacité structurale (cote structurale). Dans les régions froides, où le climat est rude, la détérioration des infrastructures est principalement due à la corrosion des armatures par les ions chlorure provenant des opérations d’épandage de sels de déverglaçage pendant la saison hivernale. Dans le cas des structures vieillissantes, les détériorations internes, potentiellement cachées, doivent être prises en compte dans l’évaluation de l’état. Nous proposons donc, dans cette présentation, de raffiner la cote visuelle par une analyse des dégradations internes du matériau (dégradations invisibles). Une évaluation de l’état d’un pont en béton sera faite à l’aide du modèle non linéaire de prédiction de la détérioration TransChlorMD. Ce modèle prend en compte les conditions climatiques et d’exposition environnementale réelles du pont à l’étude. Les prédictions seront déduites à partir de tests non destructifs de l’état du pont. L’intégration du modèle permet de compléter les résultats des auscultations visuelles afin d’améliorer l’évaluation de l’état du pont. Il est possible, déjà, d’envisager d’étendre l’application de ce modèle à la gestion et à la maintenance d’un réseau complet de ponts routiers, pour rendre le tout encore plus efficace.

Pose et inspection d’ancrages adhésifs – Modification importante de la norme CSA A23.3-2019

Mardi 4 mai 2021, 11 h 15

Mathieu Thomassin Mailhot, Université Laval

M. Mathieu Thomassin-Mailhot travaille comme ingénieur de recherche au Centre de recherche sur les infrastructures en béton (CRIB) à l’Université Laval depuis 2010. Il a terminé sa maîtrise en génie civil à cette même université en 2009. Sa maîtrise portait sur le comportement structural des réparations en béton. Depuis 2013, M. Thomassin-Mailhot fait partie du conseil d’administration de l’American Concrete Institute (ACI) section du Québec et de l’est de l’Ontario.

Frédéric Bédard, Kiewit Infrastructure Engineering

M. Frédéric Bédard est ingénieur en structure chez Kiewit Infrastructure Engineering (KIE) dans la région de Vancouver, en Colombie-Britannique. En 2018, il a obtenu une maîtrise de recherche sur le renforcement de dalles en béton armé au moyen d’ancrages adhésifs. Son projet a été mené au Centre de recherche sur les infrastructures en béton (CRIB) de l’Université Laval, sous la supervision de Mme Josée Bastien (Université Laval) et M. Denis Mitchell (Université McGill). M. Bédard a par la suite accumulé près de trois ans d’expérience chez SDM Consultants (Lévis) en conception de structures, notamment en ouvrages temporaires pour la réfection et la construction d’ouvrages d’art.

Résumé

La réglementation canadienne qui entoure les systèmes d’ancrage a apporté un changement important à sa dernière édition, en 2019 (CSA A23.3-2019). En fait, l’annexe D de la norme est maintenant obligatoire alors qu’elle n’était qu’informative (non obligatoire) dans les éditions précédentes. Cette modification a des retombées importantes sur l’industrie, notamment concernant la pose et l’inspection des ancrages. En effet, les articles D 10.2.3 et D 10.2.4 prévoient que la pose d’ancrages adhérents, horizontaux ou inclinés vers le haut et soumis à des charges de traction soutenues doit être réalisée par du personnel certifié. De plus, ces travaux doivent être continuellement inspectés par un inspecteur qualifié durant l’installation.

Afin de répondre aux modifications de la norme, un nouveau programme de certification a été développé par l’ACI, section locale, et l’Université Laval; il vise la certification des installateurs d’ancrages adhésifs. Ce programme de certification est reconnu par l’American Concrete Institute, contrairement à la formation destinée aux fabricants qui ne répond pas aux exigences de la norme. Essentiellement, c’est une traduction française de la certification qui a été développée par l’ACI/CRSI pour répondre à divers cas de défaillance observés dans la pratique (faible résistance au fluage de certains adhésifs, mauvaise installation, etc.).

Cette nouvelle certification présente un intérêt pour l’ensemble des intervenants de l’industrie (entrepreneurs, donneurs d’ouvrage, ingénieurs, etc.). Elle permettra en effet d’améliorer la qualité et la conformité de la pose d’ancrages adhésifs et, de surcroît, la sécurité du public.

En premier lieu, un tour d’horizon des principaux enjeux en matière de conception d’ancrages dans le béton armé sera fait, et il sera suivi de la présentation du nouveau programme de certification d’installateur d’ancrages adhésifs.

Étude de la fatigue des poutres en acier du pont Saint-Maurice

Mercredi 5 mai 2021, 8 h 45

Munzer Hassan, Cima+

M. Munzer Hassan est expert-conseil principal en conception et réhabilitation des ponts chez Cima+ et chargé de cours à l’École de technologie supérieure (ETS) de l’Université du Québec à Montréal. Il est également titulaire d’un doctorat de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), en Suisse, dans le domaine de l’auscultation et de l’évaluation des ouvrages d’art. Il détient plus de 25 ans d’expérience dans les domaines de la recherche universitaire et de l’industrie des ponts. M. Hassan a piloté l’étude de conception, d’évaluation et de réhabilitation de nombreux ponts importants. Il est auteur ou coauteur de 30 publications scientifiques et de 2 notes de cours universitaires.

Jan Jaworski, Cima+

Monsieur Jan Jaworski a joint les rangs de Cima+ en 2008 à titre d’ingénieur junior. Depuis, son rôle a évolué au sein de l’organisation et il est maintenant chargé de projets. M. Jaworski possède plusieurs années d’expérience en inspection, en évaluation et en conception d’ouvrages d’art. M. Jaworski a obtenu son baccalauréat en génie civil à l’Université McGill, et a renforcé son bagage technique avec l’obtention, en 2014, d’une maîtrise à Polytechnique Montréal. Il travaille depuis quelques années en tant qu’ingénieur dans le cadre du projet du Réseau express métropolitain (REM) et a été impliqué jusqu’à présent dans toutes les étapes de ce projet d’envergure.

Résumé

Le Réseau express métropolitain (REM), futur système de métro léger automatisé dans le Grand Montréal, est le plus important projet d’infrastructure de transport en commun au Québec. Sa réalisation nécessite la construction de plusieurs nouvelles structures, en particulier des stations, des viaducs et des ponts. Cependant, CDPQi, actuel propriétaire de la partie du chemin de fer située au sud de la gare Centrale, a également l’intention de maintenir en service un certain nombre de ponts existants, dont la plupart ont été construits au début des années 1930. Par conséquent, afin d’assurer un comportement satisfaisant de ces ponts au cours de leur durée de vie utile prévue en tenant compte du REM ou pour déterminer les réparations nécessaires, la coentreprise CIMA+|Hatch a été mandatée pour réaliser une étude de fatigue de ces structures qui feront partie du futur corridor du Réseau express métropolitain. Le pont Saint-Maurice, essentiel pour le projet REM, est un ouvrage à poutres d’acier à une seule travée composé de deux structures indépendantes. Le pont ouest, qui comprend cinq poutres et supporte trois voies ferroviaires, fera partie du réseau. Cet article présente l’étude détaillée de la fatigue des poutres en acier du pont ouest. Puisque les charges soutenues pendant la durée de vie du pont sont essentielles pour l’évaluation des dommages par fatigue accumulés des divers éléments du pont, l’étude de fatigue a commencé par une recherche sur l’historique du passage des trains sur le pont. Dans le but de mieux connaître les propriétés des éléments structuraux, une série d’essais ont été effectués sur des échantillons prélevés sur les éléments en acier des ponts situés au sud de la station Centrale. Leurs limites élastiques et ultimes ainsi que la résilience et la composition chimique ont été déterminées. De plus, grâce à une série d’essais par ultrasons sur les poutres d’acier, des fractures potentielles à proximité des rivets dans les joints rivetés ont été examinées. La dernière activité d’inspection ou d’essai sur place a été l’installation de 15 jauges de déformation sur certaines poutres. Les déformations des poutres du pont lors du passage des trains ont été suivies et enregistrées durant une période de sept jours. L’analyse des données obtenues a permis de déterminer la répartition de la charge entre les cinq poutres. Enfin, pour connaître les contraintes dans les poutres et vérifier les cycles de charge et de contrainte, des modèles numériques du pont ont été produits. Grâce aux résultats des essais et à l’application des procédures d’analyse de fatigue fournies par l’American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association (AREMA), l’étendue des dommages actuels aux poutres a été déterminée. Les analyses ont permis également d’établir la durée de vie en fatigue restante des poutres.

L’estacade du pont Champlain : notion de limite des forces des glaces et normes de conception

​Mercredi 5 mai 2021, 9 h 30

Moc​tar Sidibé, Les Ponts Jacques-Cartier et Champlain inc.

M. Moctar Sidibé est ingénieur senior à la Direction recherches et applications de la Société Les Ponts Jacques-Cartier et Champlain Incorporée (PJCCI) depuis 2017. Il a aussi été chargé de projets en ingénierie pour la même société et a exercé ses compétences sur de nombreux travaux de réhabilitation de ponts et de structures de 2013 à 2017.

Auparavant, il a exercé durant plusieurs années le rôle d’ingénieur et de chargé de lot pour plusieurs firmes de consultants.

Louis Poirier, Conseil national de recherches du Canada

M. Louis Poirier est chercheur au Conseil national de recherches Canada depuis 2011. Il étudie l’interaction entre les structures (quais, ponts, etc.) et les glaces, à échelle réduite dans le laboratoire et à pleine échelle sur le terrain.

Résumé

Au Canada, en hiver et au printemps, les glaces exercent de fortes contraintes sur les piliers de nombreux ponts. En raison du vieillissement de ces structures, il est important de comprendre les forces potentielles des glaces pour assurer l’exploitation sécuritaire de ces ponts et leur entretien en temps voulu. Dans le cas de l’estacade du pont Champlain, il fallait mener des études pour répondre aux objectifs du propriétaire du pont, à savoir :

  1. mieux comprendre les interactions entre la glace et l’ouvrage;
  2. approfondir les connaissances sur l’effet des forces réelles exercées par les glaces sur l’ouvrage.

 

L’estacade du pont Champlain, construite il y a 55 ans, permet aux piétons, aux cyclistes et aux véhicules de service d’accéder à des espaces verts le long de la voie maritime du Saint-Laurent. L’estacade a également servi à contrôler les effets des glaces sur le vieux pont Champlain. Le vieux pont ayant été remplacé en 2019 par un nouvel ouvrage, il est bien possible que l’estacade devienne superflue pour contrôler le mouvement des glaces. C’est pourquoi le coût de son entretien fera l’objet d’un examen plus approfondi à l’avenir. Une meilleure compréhension de l’interaction entre la glace et l’ouvrage aidera à prendre des décisions éclairées.

Chaque année, les glaces exercent des contraintes sur l’estacade. Le fleuve Saint-Laurent se rétrécit à l’estacade, si bien que le courant n’est pas perpendiculaire à la travée à proximité des deux rives. Selon une première évaluation des forces exercées par les glaces sur l’ouvrage, à l’aide du Code canadien sur le calcul des ponts routiers (CSA S6 14), on pouvait s’attendre à de fortes charges parallèlement à la travée du pont (transversale à l’axe long des piliers) près de chaque rive. Les charges parallèles à la travée constituent un éventuel problème, car les piliers du pont sont quatre fois plus longs que larges, ce qui fournit une surface plus grande pour l’application d’une force. En utilisant une autre approche combinant les considérations énergétiques limites de la norme Industries du pétrole et du gaz naturel – Structures en mer dans l’Arctique (CSA-ISO 19906:F11) et de la norme CSA S6 14, les auteurs ont déterminé des conditions de glaces réalistes susceptibles de causer une charge transversale maximale sur les piliers du pont. Pour valider cette approche, un vaste programme de 73 essais, à l’aide de la méthode de modélisation physique, a été réalisé au bassin de glace du Conseil national de recherches Canada (CNRC), à Ottawa. Ces nouveaux essais étaient les premiers à mesurer les forces exercées par les plaques de glace flottantes (floes) pour vérifier les considérations énergétiques limites dans un bassin de modélisation des glaces. Les tests de glace par modélisation physique ont confirmé la dynamique des forces d’impact des glaces et une réduction des charges de glace transversales, résultats prévus lorsqu’on utilise la norme CSA S6-14 parallèlement aux considérations énergétiques limites de la norme CSA-ISO 19906:F11.

Expertise du béton des dalles des tunnels Ville-Marie et Viger

Mercredi 5 mai 2021, 10 h 30

Éric Ouellet, SIMCO Technologies

M. Éric Ouellet est titulaire d’un baccalauréat et d’une maîtrise en génie civil de l’Université Laval. Il s’est joint à l’équipe de SIMCO Technologies en 1997. Il a développé, au fil des ans, une expertise dans le domaine de l’inspection et de la caractérisation des structures de béton endommagées et une connaissance approfondie dans la prédiction de la durée de vie utile des structures en béton, y inclus les aspects de la durabilité, l’analyse de la défaillance, la détérioration prématurée et les impacts de la dégradation sur la gestion des actifs. M. Ouellet agit à titre de directeur technique et directeur de projets pour de grandes réalisations.

Hugo Nantel, Tetra Tech

M. Hugo Nantel est titulaire d’un baccalauréat en génie de la construction de l’ETS et il exerce ses compétences dans le domaine des ponts et des ouvrages d’art depuis plus de 10 ans. Il a acquis une grande expertise en matière de béton armé, qu’il complémente avec les connaissances qu’il a acquises durant ses études de deuxième cycle en analyse sismique des ponts. M.&nbps;Nantel a notamment participé à plusieurs projets de conception de structures complexes comme l’évaluation des ponts Honoré-Mercier et Jacques-Cartier, la mise en application d’un processus de réhabilitation d’un pont patrimonial de type arc et tirant en béton armé, la réfection des tunnels Ville-Marie et Viger ainsi que la réfection de plusieurs structures de métro. Enfin, M. Nantel agit à titre de directeur du secteur Pont et Ouvrage d’Art chez Tetra Tech.

Résumé

Le ministère des Transports du Québec a entrepris en 2020 la réalisation d’un projet de réfection majeure des tunnels Ville-Marie et Viger. Ces tunnels, dans leur ensemble, présentent un défi relativement à leur entretien compte tenu de la complexité de leur conception, surtout pour la portion Ville-Marie. Le Consortium Tetra Tech/Aecom/Parsons (Consortium) a été sélectionné pour réaliser la conception de ce projet.

Dans le cadre de ce mandat de réfection, l’entreprise SIMCO Technologies (SIMCO) a été sélectionnée pour évaluer la condition du béton des dalles sur vide et des radiers. Les travaux visaient à valider les horizons d’intervention, en incluant la sélection des méthodes optimales de réhabilitation de ces éléments dans leur contexte particulier. Les travaux d’investigation ont été divisés en trois étapes. La première étape consistait à évaluer l’état de la situation à l’aide de la documentation disponible afin d’orienter les travaux sur le terrain. Par la suite, une campagne d’essais a été réalisée sur le terrain pour compléter l’information existante. Finalement, la troisième étape consistait en la projection de la dégradation des dalles et radiers dans le temps dans le but d’évaluer la durée de vie résiduelle et la progression des dommages pour chacun des éléments. À l’aide de ces résultats, il a été possible d’optimiser l’ampleur, le moment de l’intervention et la méthode à préconiser pour la réfection de chaque élément.

Cette méthodologie a permis à l’équipe de travail de valoriser les résultats antérieurs. Ceux-ci, jumelés à la campagne d’essais, ont confirmé que le mécanisme de dégradation principal des éléments à l’étude est la corrosion de l’acier d’armature. La réalisation de la dernière étape a donc nécessité l’application de méthodes innovantes pour modéliser la dégradation, actuelle et future, autant de l’acier d’armature que du béton des différents éléments à l’étude. Cette analyse a été réalisée en tenant compte des propriétés intrinsèques du béton, qui ont été mesurées, des variations de l’humidité et de la température, des différents niveaux de contamination mesurés, de la distribution de l’acier d’armature mesurée ainsi que de la présence de l’enrobé et de la réalisation de travaux de réparation antérieurs. Les résultats qui découlent de cette analyse ont permis de mettre en contexte et d’expliquer les résultats du potentiel de corrosion, de la perte de section des aciers et de délaminage, le tout mesuré lors de la caractérisation de l’état des deux tunnels.

La modélisation de la dégradation et du délaminage a permis de reproduire fidèlement le niveau d’endommagement observé sur les structures.

Réhabilitation d’une poutre précontrainte de l’autoroute Bonaventure avec du béton fibré à ultra-haute performance (BFUP)

Mercredi 5 mai 2​021, 11 h 15

Jean-Philippe Charron, Polytechnique Montréal

M. Jean-Philippe Charron est professeur titulaire à Polytechnique Montréal et il a été directeur du Groupe de recherche en génie des structures de 2013 à 2017. Il dirige des travaux de recherche sur la durabilité des bétons, sur le développement de bétons fibrés à haute et à ultra-haute performance ainsi que sur la conception et la réhabilitation des ponts avec ces bétons. Depuis 2007, M. Charron a mené plusieurs projets de recherche industrielle d’envergure impliquant la collaboration des principaux propriétaires d’infrastructures en béton au Québec et d’une quinzaine d’entreprises privées. Il est membre de plusieurs comités techniques nationaux et internationaux, dont ceux sur le code des ponts et sur les normes ACI-544 et ACI-239 sur les bétons fibrés.

Moctar Sidibé, Les Ponts Jacques Cartier et Champlain inc.

M. Moctar Sidibé est ingénieur senior à la Direction recherches et applications de la Société Les Ponts Jacques-Cartier et Champlain Incorporée (PJCCI) depuis 2017. Il a aussi été chargé de projets en ingénierie pour la même société et a exercé ses compétences sur de nombreux travaux de réhabilitation de ponts et de structures de 2013 à 2017.

Auparavant, il a exercé durant plusieurs années le rôle d’ingénieur et de chargé de lot pour plusieurs firmes de consultants.

Résumé

Les bétons fibrés à ultra-haute performance (BFUP) offrent une combinaison unique de propriétés qui permettent aux ingénieurs de développer des approches de conception et de réhabilitation innovantes des ponts. L’introduction de ces bétons dans la pratique courante au Canada est maintenant facilitée par l’intégration récente de spécifications consacrées aux BFUP dans les nouvelles éditions des normes CSA A23.1 et CSA S6.

Cette conférence vise à présenter le développement d’une réparation mince innovante en béton fibré à ultra-haute performance adaptée pour les poutres précontraintes en béton. Tout d’abord, un projet de recherche en laboratoire réalisé en 2016 par Polytechnique Montréal et la société PJCCI sera décrit. Ce projet avait pour objectif d’étudier le comportement mécanique de poutres avec différentes configurations de réparations minces : avec et sans surépaisseur, avec et sans treillis, et avec ancrage réduit. Les résultats ont démontré qu’une réparation mince en béton fibré à ultra-haute performance de 30 mm, sans surépaisseur, sans treillis et avec un nombre d’ancrages 10 fois moindre par rapport à l’usage courant permettait d’obtenir une performance mécanique adéquate de la poutre et une excellente perspective de durabilité.

Ensuite, une application pilote intégrant une réparation mince en béton fibré à ultra-haute performance réalisée en 2018 sur une poutre précontrainte de l’autoroute Bonaventure, sous l’autorité de la Société Les Ponts Jacques-Cartier et Champlain Incorporée, sera présentée. Une réparation mince en BFUP de 40 mm, sans surépaisseur et sans treillis, a été effectuée à la fibre inférieure d’une poutre précontrainte. La mise en place de la réparation en béton fibré à ultra-haute performance de 25 m de longueur a été réalisée par pompage. Le devis de performance du BFUP (maniabilité, propriétés mécaniques, durabilité) ainsi que les spécifications concernant la production (température, pompage) et la surveillance (essais de convenance, corps d’épreuve et contrôle de la qualité) pour cette application seront détaillés. L’application a fait l’objet d’un suivi de performance (température, retrait, fissuration); les résultats préliminaires seront présentés. La réparation mince en béton fibré à ultra-haute performance réalisée sur l’autoroute Bonaventure a permis de confirmer les observations faites en laboratoire et elle a été un succès.

En conclusion, cette présentation permettra de démontrer que le béton fibré à ultra-haute performance possède des propriétés idéales po​ur la réalisation de réparations minces et esthétiques (sans surépaisseur), simples et rapides d’exécution (sans treillis et avec ancrage réduit), dont la mise en place peut être réalisée aisément par pompage. Les bétons de cette qualité offrent un contrôle exceptionnel de la fissuration, et donc une perspective de durabilité prolongée pour la réparation des infrastructures en béton.

Caractéristiques optimales des systèmes d’isolation sismique pour les ponts du Québec et potentiel des appuis frettés comme isolateurs sismiques

Jeudi 6 mai 2021, 8 h 45

Lotfi Guizani, École de technologie supérieure

M. Lotfi Guizani, détenteur d’un doctorat en ingénierie, est professeur en structures à l’École de technologie supérieure depuis 2012. Il cumule plus de 25 ans d’expérience combinée en milieu de génie-conseil, industriel et universitaire. Le génie parasismique et le recours aux technologies parasismiques modernes, dont l’isolation sismique de la base, constituent les principaux axes de sa recherche et de sa pratique. Il a formé plus d’une vingtaine d’étudiants diplômés spécialisés et il a à son actif plusieurs publications, développements et applications pratiques dans le domaine du génie parasismique.

Xuan Dai Nguyen, École de technologie supérieure

M. Xuan-Dai Nguyen est titulaire d’un baccalauréat en génie civil de l’Université technique de Le Quy Don (Vietnam, 2009) et d’une maîtrise de recherche en mécanique des matériaux et des structures de l’École nationale des ponts et chaussées, ParisTech (France, 2013). Entre les années 2013 et 2016, M. Dai a été chargé de cours en structures à l’Université technique Le Quy Don; il possède plus de sept années d’expérience en conception et en évaluation des structures.

Depuis 2017, il poursuit son doctorat à l’École de technologie supérieure (ETS) avec le soutien financier du programme de bourses vietnamien. Ses recherches portent sur les caractéristiques optimales des systèmes d’isolation sismique pour les régions à sismicité modérée, comme la plupart des régions de l’est de l’Amérique, le Vietnam et l’Europe du Nord.

Résumé

L’isolation sismique à la base est de plus en plus souvent retenue pour protéger les ponts contre les séismes et préserver, le cas échéant, leur fonctionnalité.

Les caractéristiques hystérétiques des systèmes d’isolation sismique sont à la source de la performance sismique des ponts isolés à la base.

Cette présentation se penche sur les caractéristiques optimales des systèmes d’isolation en fonction des caractéristiques des signaux sismiques des régions à sismicité modérée et de celles à sismicité élevée. L’étude démontre que les régions à sismicité modérée, à l’exemple du Québec, de l’est de l’Amérique du Nord et du nord-ouest de l’Europe, sont associées à des signaux sismiques qui présentent des propriétés à la fois communes et différentes de celles des régions à sismicité élevée comme celles situées sur la ceinture de feu, dont la côte ouest de l’Amérique du Nord et le sud-ouest de l’Europe. Les signaux produits dans les régions à sismicité modérée sont caractérisés par un riche contenu en hautes fréquences, lequel se traduit par une réduction rapide du spectre de réponse élastique. Ainsi, l’isolation sismique est plus performante en matière de réduction des forces et de contrôle du déplacement dans ces régions.

Les analyses spectrales et non linéaires démontrent que, contrairement aux systèmes d’isolation dans les régions à sismicité élevée, ceux dans les régions à sismicité modérée ont une performance optimale. Dans le cas d’un niveau modéré d’amortissement (une résistance caractéristique de 2 à 4 % du poids) et au-delà d’un certain seuil (6 % du poids), l’ajout d’amortissement est nuisible et entraîne une augmentation de la force sismique sans réduction notable des déplacements. L’étude démontre que, pour le Québec, les déplacements sismiques associés aux systèmes optimaux sont généralement inférieurs à 50 mm.

Partant de ces résultats, l’étude explore le potentiel d’isolation sismique au moyen d’appuis frettés ordinaires. Des ponts typiques ont été étudiés en envisageant l’option d’utiliser leurs appuis frettés comme système d’isolation. L’étude montre que les appuis frettés, avec une épaisseur légèrement ajustée à la hausse, mais inférieure à 100 mm, peuvent être envisagés comme moyen d’isolation sismique efficace. Ils permettent une réduction de quatre fois les forces sismiques par rapport à une conception conventionnelle à appuis fixes. De plus, ces appuis demeurent fonctionnels et stables, respectant les différents critères prescrits par la norme CSA S6, et ce, pour toutes les régions du Québec, à l’exception de la région de Charlevoix, caractérisée par une intensité sismique plus élevée. Pour cette région, un ajustement de l’épaisseur des appuis ou un système incorporant plus d’amortissement est envisagé. Des recherches sont en cours pour améliorer la capacité d’amortissement des appuis frettés à un coût minime.

Réponse sismique des dépôts sédimentaires dans la conception de ponts

Jeudi 6 mai 2021, 9 h 30

Samuel Yniesta, Polytechnique Montréal

M. Samuel Yniesta est détenteur d’un diplôme d’ingénieur de l’École spéciale des travaux publics (ESTP) et d’un doctorat de l’Université de Californie, Los Angeles (UCLA), obtenu en 2016. En mai 2016, il a joint le Département des génies civil, géologique et des mines (CGM) à Polytechnique Montréal en tant que professeur adjoint. Ses travaux de recherche se concentrent sur l’analyse des risques sismiques et les conséquences d’un séisme sur les systèmes géotechniques. En particulier, il s’intéresse à la modélisation de la liquéfaction et de la réponse sismique des dépôts de sol afin de déterminer le potentiel d’amplification des ondes sismiques.

Résumé

L’aléa sismique dont on doit tenir compte lors de la conception d’un pont est défini de manière probabiliste par un spectre d’accélération fourni par le Code national du bâtiment du Canada pour un site de classe C, correspondant à un terrain de roche tendre ou de sol dense. Afin de définir un spectre de conception propre au terrain à considérer, et qui tiendra compte du potentiel d’amplification des ondes sismiques à travers les terrains meubles, plusieurs méthodes peuvent être appliquées.

La méthode simplifiée préconisée par le Code canadien sur le calcul des ponts routiers s’appuie sur des facteurs d’amplification en fonction de la classe du site, définie par la moyenne harmonique de la vitesse de propagation des ondes sismiques de la partie superficielle du dépôt de sol. Cette méthode entraîne bien souvent des facteurs sécuritaires qui surestiment le potentiel d’amplification, même si, dans certains cas, l’amplification sismique à la période naturelle du site peut être sous-estimée.

De plus, lorsque les sols sont problématiques, tels que ceux susceptibles de se liquéfier ou des argiles sensibles, il est recommandé de réaliser des analyses spécifiques de réponse des sites. Ces dernières sont des simulations numériques, plus souvent unidimensionnelles, qui modélisent la propagation des ondes sismiques à travers un dépôt de sol en tenant compte de la stratification des couches de sol et du comportement non linéaire du sol. Ces analyses présentent de nombreux avantages par rapport à l’emploi des facteurs empiriques, et elles sont appelées à devenir de plus en plus fréquentes malgré leur degré de complexité élevé.

Ces simulations, qu’elles soient réalisées en 1D, 2D ou 3D, posent cependant de nombreux défis à l’ingénieur, tels que la sélection et l’étalonnage des séries temporelles d’accélération en entrée, la définition des propriétés des sols et les hypothèses employées pour modéliser le comportement des sols. Par exemple, les analyses peuvent être faites en appliquant la méthode équivalente linéaire, qui permet de considérer en partie le comportement non linéaire des sols, ou bien la méthode non linéaire, plus précise, mais qui s’appuie sur une loi de comportement complexe. Enfin, lorsque des sols liquéfiables sont présents, le Code du bâtiment recommande d’effectuer ces analyses en situation de contraintes réelles afin de modéliser la génération et la redistribution des pressions interstitielles en excès, même si les modèles en contraintes réelles sont limités dans leurs capacités de prédiction. Par tous ces aspects, les simulations de réponse des divers sites peuvent être entachées d’erreurs importantes lorsqu’elles sont mal comprises.

Cette conférence résumera l’état de l’art des simulations de réponse des sites en présentant les différentes méthodes, les modèles les plus modernes et les récentes avancées faites en matière de recherche. Par exemple, les lois du comportement non linéaire récemment développées à Polytechnique Montréal et intégrées à des logiciels de calcul, seront présentées. Les limitations de ces simulations seront également abordées à travers des études de validation, notamment pour les méthodes basées sur les contraintes réelles. Enfin, des recommandations tenant compte de la réalisation de ce type d’étude et de leur intégration dans la conception de ponts seront formulées.

Évaluation sismique basée sur la performance du pont Jacques-Cartier (partie 1)

Jeudi 6 mai 2021, 10 h 30

Loubar Soufyane, Les Ponts Jacques Cartier et Champlain inc.

M. Soufyane Loubar est ingénieur en travaux publics et détenteur d’une maîtrise en génie de la construction. M. Loubar a cumulé plus de 18 ans d’expérience dans le domaine de la conception et de la réfection des structures, à l’échelle nationale et internationale. Il est directeur recherche et développement au sein de la Société Les Ponts Jacques-Cartier et Champlain Incorporée. Depuis 2016, il est chargé de la préparation et de la réalisation de programmes de recherche et développement visant l’amélioration de la durabilité des infrastructures. M. Loubar est également l’auteur de quelques publications portant sur la durabilité des structures en béton, et il est un membre actif de la Table d’expertise Infrastructures de transports de l’AQTr (Association québécoise des transports).

Mohammadreza Moradiankhabiri, Les Ponts Jacques Cartier et Champlain inc.

M. Mohammadreza Moradiankhabiri est ingénieur à la Direction recherche et applications de la Société Les Ponts Jacques-Cartier et Champlain Incorporée depuis 2018. Il a réalisé une maîtrise portant sur le comportement sismique des ponts dont les piles sont faiblement armées. Auparavant, il a exercé durant plusieurs années comme ingénieur en structures et chargé de projets pour des firmes de génie-conseil.

Résumé

Joyau patrimonial, le pont Jacques-Cartier est une icône architecturale de la métropole et une véritable signature pour Montréal depuis 1930. Ce pont à cinq voies relie Montréal à Longueuil. Des voies d’accès et de sortie offrent également un accès à l’île Sainte-Hélène.

Le pont Jacques-Cartier a été conçu dans les années 1920 alors qu’il n’y avait aucune norme sismique applicable aux ponts. En matière de circulation routière, le pont Jacques-Cartier constitue un lien névralgique entre l’île de Montréal et la région de la Montérégie. Il est donc devenu nécessaire que la Société Les Ponts Jacques-Cartier et Champlain Incorporée examine l’ensemble des risques rattachés à cette structure, notamment ceux liés aux événements sismiques.

L’historique de l’activité sismique au Québec démontre la nécessité de prendre en considération les effets sismiques dans la conception des nouveaux ponts ainsi que dans l’évaluation et la réhabilitation des ponts existants. Compte tenu du caractère patrimonial, social et économique élevé du pont Jacques-Cartier, et suivant la définition de la plus récente édition de la norme CSA S6 « Code canadien sur le calcul des ponts routiers », le pont Jacques-Cartier doit être considéré comme un pont essentiel.

En 2016, un mandat a été octroyé au consortium Parsons-Cima+ afin de réaliser une analyse et une évaluation de la performance sismique du pont, des investigations géotechniques de même qu’une étude du sol et des fondations de cet ouvrage. À la suite de l’analyse de la performance sismique, le mandat a inclus également la préparation d’une étude d’avant-projet de réhabilitation parasismique du pont Jacques-Cartier, selon les exigences de la norme CSA S6-14 « Code canadien sur le calcul des ponts routiers » et suivant trois niveaux distincts d’intervention.

L’examen des enjeux sismiques rattachés au maintien de ces deux structures importantes s’inscrit pleinement à l’approche de PJCCI dans une démarche de saine gestion d’actifs et de prolongement de la durée de vie de cet ouvrage précieux. Les études, objet de ce projet, permettront d’évaluer la capacité des fondations du pont Jacques-Cartier, de définir le niveau de performance sismique de cette structure et d’évaluer ainsi les risques et les coûts relatifs à d’éventuels travaux de réhabilitation parasismique. L’évaluation de la performance sismique du pont Jacques-Cartier a mis en lumière des enjeux importants et des défis techniques pour la Société PJCCI, particulièrement en ce qui a trait à la définition des niveaux de performance et du niveau de service à fournir pour un pont existant dont l’importance est essentielle. À cet égard, un comité a été créé pour appuyer les ingénieurs de la Société Les Ponts Jacques-Cartier et Champlain Incorporée. Ce comité est composé de trois experts internationaux en structures. Son mandat est d’accompagner la Société à travers des enjeux techniques, la validation de l’approche et de l’analyse à des étapes précises de l’avancement du projet ainsi que les conclusions et recommandations qui en découlent.

Évaluation sismique basée sur la performance du pont Jacques-Cartier (partie 2)

Jeudi 6 mai 2021, 11 h 15

Grégoire Richard, Parsons

M. Grégoire Richard est un ingénieur en structures qui possède 11 années d’expérience dans le domaine des ponts et des ouvrages d’art. Il a acquis cette expérience d’abord comme concepteur et évaluateur, puis en tant que chargé de projets et gestionnaire d’équipe au sein de firmes de génie-conseil. Il s’est joint à Parsons à Montréal en 2017. En tant que concepteur, M. Richard a acquis une solide expertise en dimensionnement et en analyse des ponts en acier, en béton armé et en bois.

Patrick Théoret, Cima+

M. Patrick Théoret a obtenu, au début de 2010, une maîtrise portant sur les méthodes d’analyse pour la distribution des charges dans les tabliers des ponts, et il est employé par CIMA+ depuis décembre 2009. Avec son expertise en modélisation et en analyse, il exerce sa profession à titre d’ingénieur chargé de projets dans le domaine des ouvrages d’art. Il coordonne et participe principalement aux tâches de conception et d’évaluation, soit les calculs, la modélisation, la préparation de documents contractuels et la rédaction de rapports d’étude, et il fournit également l’accompagnement technique lors des travaux.

Résumé

Se dressant au-dessus du fleuve Saint-Laurent, le pont Jacques-Cartier est une structure en treillis d’acier qui relie Montréal à Longueuil, sur la rive-sud. Il comporte cinq voies de circulation sur 3,4 km. Construit entre 1925 et 1930, ce pont n’a pas été conçu pour résister aux charges sismiques : les piles massives qui supportent la plupart des travées sont constituées essentiellement de maçonnerie et de béton non armé. Elles manifestent donc très peu de ductilité. Les modifications apportées aux piles au fil des ans, en particulier le rehaussement de l’approche sud du pont au-dessus de la Voie maritime du Saint-Laurent en 1955, ont donné lieu à un certain nombre de configurations différentes de matériaux et de détails de construction, ce qui a augmenté la complexité de l’évaluation. Les multiples changements d’appareils d’appui et le remplacement complet du tablier en béton ont encore accru la variété des détails structuraux à prendre en considération dans l’évaluation.

L’évaluation sismique a été effectuée conformément aux exigences de conception basées sur la performance de la norme CSA S6-14 pour un pont essentiel (Lifeline). Par conséquent, la performance du pont a été évaluée pour trois niveaux de performance, soit le service immédiat et aucun dommage par un séisme durant une période de retour de 475 ans, le service immédiat avec dommages mineurs durant 975 ans, et le service limité avec dommages réparables durant une période de 2 475 ans.

La section principale du pont, la section 7, est un treillis en acier en porte-à-faux (cantilever) de 590 m. Une section du pont est constituée d’un pavillon de trois étages qui a dû être évalué à la fois comme un pont et un bâtiment. Une autre section du pont est soutenue par des tours à ossature en acier, encore une fois conçues principalement pour les charges verticales. En outre, deux ensembles de colonnes de béton essentiellement non renforcées et revêtues de maçonnerie sont situés au milieu de cette section. Le grand nombre de systèmes structuraux différents, en particulier au niveau des fondations, a fait en sorte que l’évaluation de la performance sismique devait être très ciblée et efficace pour respecter le calendrier serré du projet. En raison du manque global de ductilité dans la structure, l’évaluation a été basée principalement sur des analyses linéaires-élastiques (spectrales). Des analyses statiques non linéaires (pushover) ont été employées pour quelques piles sélectionnées comportant un minimum d’acier d’armature.

Le mandat prévoyait également des caractérisations géotechniques, y compris de nouveaux forages, et une évaluation de la performance sismique des fondations, y inclus celle sur les pieux en bois.

Comme on pouvait s’y attendre, la majorité des points critiques sont au niveau des piles en béton de masse et en maçonnerie. Le manque d’acier d’armature limite la ductilité ainsi que la fiabilité de la capacité théorique, principalement la résistance incertaine à la traction associée à un béton âgé. Les appuis à articulation sphérique originaux sont un autre élément préoccupant. On prévoit certains dommages au reste du pont pour les différentes périodes de retour considérées; cependant, les enjeux ne sont pas aussi importants qu’aux piles et aux appareils d’appui.​