Partage d'expertise

Depuis 2016, Les Ponts Jacques Cartier et Champlain Incorporée (PJCCI) chapeaute différents projets de recherche portant notamment sur les méthodes, les matériaux et l’innovation, afin d’améliorer la durabilité, la performance et la pérennité de ses infrastructures.

Déconstruction du pont Champlain d’origine

La déconstruction du pont Champlain d’origine était une occasion unique de faire évoluer de façon significative la connaissance en lien avec la performance et la durabilité des infrastructures. Un concours, lancé en juin 2019 auprès d’entités de recherche canadiennes, a permis à PJCCI de sélectionner dix projets réalisés parallèlement à la déconstruction.

Description

Les grands ponts âgés à treillis en acier sont composés de membrures constituées de pièces assemblées. Les normes actuelles ne tiennent pas compte de la flexibilité et de la résistance des pièces de liaison. Ce projet vise à développer des méthodes de calcul permettant d’évaluer la résistance en compression de ces membrures pour en déterminer la rigidité en flexion et en cisaillement.

Objectifs 

Réduire l’incertitude dans l’évaluation de la capacité portante et mieux cibler les interventions de réhabilitation.

Résultats

À venir

Description

L’utilisation des polymères renforcés en fibre de carbone (PRFC) est grandissante dans la réhabilitation d’infrastructures en béton, mais demeure inexistante sur les structures en acier. Toutefois, les PRFC offrent de nombreux avantages en raison de leur grande rigidité relative par rapport aux méthodes plus conventionnelles (boulonnage et soudage) et commencent à être envisagées pour la réhabilitation des structures en acier.
 

Objectifs

Étudier la faisabilité de l’utilisation des PRFC dans la réparation de structures d’acier et développer des modèles analytiques pour prédire de manière fiable la contribution du PRFC à la résistance, tout en estimant la durée de vie des éléments en acier ainsi renforcés sous des charges de fatigue cycliques.
 

Résultats

Le projet a permis de documenter la performance environnementale et l’adhérence des systèmes HM/UHM-CFRP appliqués à l’acier, d’étudier le comportement bond-slip et les longueurs d’ancrage, d’évaluer le renforcement d’éléments d’acier G40 et d’éléments extraits du pont Champlain d’origine, ainsi que d’aborder la réparation en fatigue de plaques fissurées. Le livrable final porte sur des directives de conception et recommandations pour une installation durable.

Description

La peinture des ponts en acier joue un rôle considérable dans la préservation à long terme des ponts contre la corrosion. Cette étude permettra d’analyser les échantillons de pièces d’acier du pont Champlain en laboratoire et d’examiner les données historiques sur les préparations de surface, les différents types de peinture ainsi que les conditions climatiques afin d’appréhender la détérioration à long terme.
 

Objectifs 

Permettre d’évaluer l’impact de paramètres complexes qui ont affecté la performance des peintures appliquées sur le pont et produire des recommandations d’améliorations applicables aux autres structures en acier de PJCCI et celles d’autres propriétaires d’ouvrages.
 

Résultats

L’analyse des éléments en acier dont était revêtu le pont Champlain d’origine a fourni des renseignements précieux sur les mécanismes de corrosion. Des analyses statistiques, notamment les méthodes de corrélation de Pearson et de Spearman, ont confirmé que la corrosion est influencée par de multiples facteurs en interaction. Bien que les chlorures provenant des sels de déglaçage contribuent directement à la détérioration, les lacunes dans l’application du revêtement, comme une préparation des surfaces inadéquate et une épaisseur de revêtement inégale, créent des points de faiblesse localisés qui accélèrent la corrosion. En définitive, l’étude met en évidence que la protection efficace contre la corrosion ne dépend pas uniquement du choix du revêtement, mais aussi de la fiabilité des pratiques d’application et de la maintenabilité à long terme.

Description

Le diagnostic de la condition réelle et du comportement futur constitue un des défis importants auxquels sont confrontés les propriétaires d’ouvrages d’art. Ce projet vise à mettre en place une analyse multidisciplinaire d’auscultation d’éléments en béton du pont par des méthodes destructives et non destructives, en misant sur des problématiques de corrosion et de réaction alcalis-granulats.
 

Objectif

Mieux cerner l’influence des conditions d’exposition sur les causes, l’ampleur et les mécanismes de dégradation sur différents éléments structuraux en béton afin de mieux calibrer un modèle d’endommagement prédictif.
 

Résultats

Le projet a établi l’état réel et le potentiel d’endommagement futur de plusieurs éléments en béton du pont Champlain à partir d’essais mécaniques, pétrographiques, d’expansion résiduelle et d’essais non destructifs sur carottes. Les résultats servent à améliorer la gestion des structures vieillissantes affectées par la réaction alcali-silice, le gel-dégel et d’autres mécanismes de détérioration.

Description

Dans les zones à sismicité modérée comme la majorité du territoire du Québec, l’isolation sismique à la base avec des appuis frettés apparait comme une solution efficace. Néanmoins, le taux d’amortissement provenant des appuis frettés demeure limité. Une évaluation des caractéristiques hystérétiques d’appuis frettés du pont dans des conditions diverses de chargement et de température, sera réalisée afin de développer des pistes d’amélioration.
 

Objectifs

Améliorer le taux d’amortissement de manière efficiente pour les appuis frettés et étudier la fiabilité à long terme des
ouvrages avec un recueil des données sur le comportement.
 

Résultats

Le projet a permis de mieux comprendre le comportement hystérétique des appuis frettés sous basses températures, de quantifier le raidissement et le vieillissement du caoutchouc naturel, de développer une méthode d’extraction de spécimens d’essais à partir d’appuis récupérés, et de valider expérimentalement le comportement d’appareils d’appui avec amortisseurs métalliques en U.

Description

Les différentes réparations de surface des éléments de béton appliquées au cours des dernières années sur le pont présentent des niveaux de durabilité et des comportements variables. Le projet comporte des volets de cartographie des dommages, de prélèvements d’échantillons sur différents éléments du pont ainsi que de caractérisations en laboratoire.
 

Objectifs

En tenant compte du dommage réparé, du type de préparation de surface, des matériaux ou produits, des techniques de mise en œuvre et des conditions climatiques, le projet de recherche vise à évaluer les performances des réparations de surface des éléments de béton.
 

Résultats

Les essais d’expansion résiduelle, combinés au Damage Rating Index (DRI), ont démontré que les essais en solution alcaline fournissaient des résultats plus fiables que l’exposition à l’air humide. Une relation linéaire entre l’expansion et les dommages a été établie, menant à des expansions in situ estimées de 0,20 % à 0,45 %, dépassant le seuil de 0,20 % associé à la plastification de l’acier dans certaines zones. Les résultats fournissent des orientations pratiques pour les essais de pronostic, les stratégies de carottage et l’interprétation de la fissuration liée à la réaction silico-alcaline.

Description

La technique de renforcement à l’aide de polymères renforcés de fibres de carbone (PRFC) a été largement employée sur le pont Champlain. Ce projet repose sur un programme expérimental, ainsi que sur des essais en laboratoire afin de mieux comprendre les propriétés d’adhérence et de fatigue, tout en considérant le phasage des travaux effectués sur le pont.
 

Objectifs

Ce projet va permettre d’évaluer la capacité résiduelle des éléments en béton réhabilités avec cette technique et d’étudier sa durabilité en analysant le niveau de dégradation à l’aide de modèles de prédiction.
 

Résultats

Le projet a évalué la performance et la durabilité de renforcements CFRP appliqués au béton du pont Champlain d’origine, notamment sous gel-dégel, fatigue et conditions de service. Il a permis de documenter le comportement d’adhérence CFRP-béton, de développer un modèle de prédiction et, selon la synthèse interne, de confirmer l’absence de défaillance par décollage du CFRP après exposition prolongée aux conditions environnementales et aux charges en service.

Description

Afin d’évaluer la performance des éléments structuraux en béton sur la durée de vie prévue, des outils efficaces et fiables sont requis pour corréler les réductions des propriétés mécaniques des matériaux affectés aux conséquences structurelles. Ce projet utilise des techniques avancées non destructives, microscopiques et mécaniques, et corrèle le type et l’étendue des dommages avec les pertes mécaniques et de la durabilité du matériau affecté. En outre, des outils automatisés utilisant des techniques d’apprentissage machine en cours de développement seront appliqués sur des éléments du pont pour augmenter la rapidité et la précision du diagnostic des composants structuraux affectés.
 

Objectif

Augmenter la rapidité et la précision du diagnostic des composants structuraux affectés.
 

Résultats

Des composants récupérés du pont Champlain d’origine ont été examinés afin d’évaluer la détérioration causée par la corrosion de l’acier et la réaction silico-alcaline. Les dalles de tablier, les poutres, les diaphragmes renforcés par ajout de polymère renforcé de fibres (PRF) et les éléments de pile ont été évalués à l’aide de contrôles non destructifs avancés, d’enquêtes en laboratoire et d’une analyse non linéaire par éléments finis. L’étude a mis en corrélation les dommages observés avec le comportement structural et a évalué l’état des interfaces entre le PRF et le béton, générant ainsi des données précieuses sur la performance, la réhabilitation et la gestion à long terme des infrastructures de ponts vieillissants.

Description

L’évaluation de la performance des poutres précontraintes soumises à la dégradation due à la corrosion constitue un enjeu important. Certaines solutions de réparations extérieures innovantes utilisées sur les poutres précontraintes du pont seront évaluées afin de confirmer les hypothèses.
 

Objectifs

Mieux comprendre le processus de dégradation des câbles de précontraintes dû aux influences extérieures, la redistribution des charges entre les câbles et leur performance dans différents états de dégradation.
 

Résultats

Le projet a montré une progression importante de la corrosion des torons dans la poutre P7 de la travée 28W-29W, avec des concentrations élevées de chlorures dans le coulis des torons et une influence structurale marquée selon le nombre de torons perdus. Les analyses indiquent des seuils critiques de fissuration et de perte de résistance, tandis que les poutres P1 et P7 de la travée 12E-13E présentaient une corrosion beaucoup moins significative à la mi-travée.

Description

Les outils classiques utilisés présentement afin d’évaluer la résistance résiduelle de dalles de tablier considèrent très peu la rupture rapide des armatures corrodées. Le projet va s’appuyer sur de nouvelles techniques d’auscultation ainsi que sur un programme expérimental utilisant des dalles intercalaires du pont dans un contexte réaliste.
 

Objectifs

Fournir une solution complète comprenant l’évaluation théorique et réelle de la capacité résiduelle de dalles de tablier ainsi qu’une méthode de renforcement durable avec l’utilisation de bétons fibrés à ultra-hautes performances (BFUP).
 

Résultats

Les essais de flexion ont démontré que les réparations en béton fibré ultra-performant (BFUP) surpassaient considérablement les réparations en béton armé, réduisant la largeur des fissures jusqu’à 10 fois et augmentant la contrainte de rupture de 20 % à 100 %. Les méthodes de mise en place et le renforcement ont amélioré davantage la performance. Les résultats confirment que le BFUP constitue une solution durable et à faible entretien pour prolonger la durée de vie des ponts et améliorer la durabilité des infrastructures.

Autres projets de recherche

En collaboration avec le Laboratoire international des matériaux antigivre (LIMA) de l’Université du Québec à Chicoutimi, PJCCI a mené des études visant à tester le formiate de potassium comme alternative aux sels de déglaçage.

PJCCI a étudié l’utilisation de nouvelles technologies, incluant des drones, comme alternative à l’inspection traditionnelle avec plongeurs, en collaboration avec le Centre interdisciplinaire de développement en cartographie des océans (CIDCO).

PJCCI poursuit le développement et l’application du béton fibré ultra‑performant (BFUP) afin d’améliorer la durabilité des infrastructures, notamment par son application sur une pile massive du pont Honoré‑Mercier.