Abstract :
[fr] Dans le domaine du béton armé, la réhabilitation des structures vieillissantes est un problème croissant. Les grandes infrastructures critiques connaissent des problèmes de corrosion majeurs, tandis que les techniques de modernisation actuelles présentent un taux de défaillance élevé. Pour faire face à ces défis, de nouvelles technologies ont émergé au cours des dernières décennies pour offrir des moyens innovants de réparation et de renforcement des éléments en béton.
Les matériaux en béton fibré à ultra-haute performance (BFUP) ont émergé au cours des 25 dernières années et consistent en une matrice de ciment dense renforcée de fibres d'acier. Ces matériaux possèdent une durabilité très élevée et peuvent se comporter de manière ductile en tension, par rapport au béton ordinaire. Ces propriétés permettent une réhabilitation plus durable et efficace des structures en béton. Malgré ces avantages cependant, les solutions BFUP sont peu utilisées par les praticiens en raison du manque de modèles mécaniques, de codes de conception et de procédures de mise en oeuvre. Par conséquent, l'objectif principal de ce projet est de faciliter la mise en oeuvre de ces techniques de réhabilitation.
Pour atteindre cet objectif, tout d'abord, un matériau BFUP a été utilisé comme revêtement de protection pour les voiles critiques au cisaillement, souvent utilisés comme piliers de ponts. A l'aide d'une grande campagne expérimentale, l'objectif de cette partie du projet était de valider la faisabilité technologique de l'utilisation de BFUP comme fine chemise pour les grands éléments verticaux et d'étudier la résistance supplémentaire au cisaillement apportée par le chemisage. Quatre voiles ont été testés jusqu'à la rupture et ont démontré la pertinence de l'hydro-démolition pour la préparation de surface d'éléments en béton existants. Le comportement des voiles a été considérablement amélioré par le chemisage en BFUP, en particulier la résistance au cisaillement. Les voiles renforcés présentaient une rupture plus ductile que l'échantillon de référence. Un modèle cinématique à quatre degrés de liberté a ensuite été proposé et utilisé pour étudier le comportement des voiles chemisés.
De plus, cette thèse comprend des développements significatifs dans la modélisation numérique des membres en BFUP. Le comportement local en tension du BFUP a été décrit par une théorie basée sur les fissures, tandis qu'un environnement de développement basé sur les déformations moyennes est utilisé pour l'analyse globale. Pour permettre la transition entre le comportement local et global, une formulation d'espacement des fissures est proposée pour les membres en BFUP armés. Sur la base de cette formulation, une approche de modélisation complète est proposée pour ces membres et validée par des tests issus de la littérature.
Enfin, la modélisation numérique des BFUP armés a été étendue aux membres renforcés avec du BFUP. Bien que la procédure ait été légèrement simplifiée par rapport aux membres en BFUP armés, l'approche proposée a montré une bonne précision lorsqu'elle a été validée avec des poutres, des colonnes et des voiles renforcés de la littérature. De plus, les voiles de ce projet ont également été modélisés selon la même approche. Pour faire avancer encore plus la stratégie de modélisation, une formulation améliorée d'espacement des fissures a été sugérée à la fin de la thèse pour les éléments renforcés avec des armatures uniformément réparties. Cette nouvelle formulation a prouvé son efficacité lorsqu'elle a été appliquée aux spécimens testés dans ce projet.
[en] In the field of reinforced concrete, the rehabilitation of aging structures is a growing problem. Large critical infrastructure is experiencing major corrosion issues, while current retrofit techniques feature a high failure rate. To face these challenges, new technologies have emerged in the last decades to offer innovative ways for the repair and strengthening of concrete members.\\
Ultra-high performance fibre-reinforced concrete (UHPFRC) materials have emerged in the past 25 years and consist of a dense cement matrix reinforced with steel fibres. These materials possess very high durability and can behave in a ductile manner when in tension, as compared to regular concrete. These properties allow for more durable and effective rehabilitation of concrete structures. Despite these advantages, however, UHPFRC solutions are hardly used by practitioners due to lack of mechanical models, design codes and implementation procedures. Therefore, the main goal of this project is to enable easier implementation of such rehabilitation techniques. \\
\indent To achieve this goal, firstly, a UHPFRC material was used as a jacket repair for shear-critical walls, often used as bridges' piers. With the help of a large experimental campaign, the objective of this part of the project was to validate the technological feasibility of using UHPFRC as a thin jacket for large vertical elements, and to study the additional shear resistance brought by the jacket. Four walls were tested to failure, and demonstrated the suitability of water-jetting for the surface preparation of existing concrete members. The behaviour of the walls was significantly enhanced by the UHPFRC jacket, especially its shear resistance. The retrofitted walls exhibited a more ductile failure as compared to the reference specimen. A kinematic model with four degrees of freedom has then been proposed and used to study the behaviour of jacketed walls.\\
\indent In addition, this thesis includes significant developments regarding the numerical modelling of UHPFRC members. The local tension behaviour of UHPFRC was described by a crack-based theory, while a framework based on average strains was used for the global analysis. To allow the transition between local and global behaviour, a crack spacing formulation has been proposed for reinforced UHPFRC members. Based on this formulation, a complete modelling approach has been put forward for such members and validated with tests from the literature.\\
Finally, the numerical modelling of reinforced UHPFRC was extended to UHPFRC-strengthened members. While the procedure had been slightly simplified as compared to reinforced UHPFRC members, the proposed approach showed good accuracy when validated with strengthen beams, columns and walls from the literature. In addition, the walls from this project were also modelled following the same approach. To advance the modelling strategy even further, an enhanced crack spacing formulation has been suggested in the end of the thesis for strengthened members with uniformly distributed reinforcement. This new formulation proved its effectiveness when applied to the specimens tested in this project.
