Rapport Annuel 1998/1999

Programme de recherche ISIS Canada est un réseau de recherche multidisciplinaire comprenant 11 universités, 217 chercheurs, 84 compagnies et organisations associées et 40 projets de recherche multidisciplinaire. La recherche introduit de nouveaux débouchés dans le domaine des matériaux composites fabriqués par enroulement filamentaire ou par pultrusion et utilisés en génie civil. Des ouvrages d’infrastructure neufs et réparés sont dotés de la dernière génération de capteurs à fibres optiques pour la télésurveillance. Ce programme est unique au monde car il réunit des recherches de pointe dans les diverses disciplines du génie : civil, mécanique, matériaux, aérospatial et électrique. Capteurs à fibres optiques Deux thèmes de recherche ont été fusionnés pour constituer un seul programme cohérent mettant l’accent sur la technologie des capteurs à fibres optiques dans les structures de génie civil. L’objectif ultime est de faire en sorte que l’utilisation des capteurs à fibres optiques devienne aussi conviviale que l’installation de jauges extensométriques conventionnelles, mais avec une sophistication beaucoup plus grande. La recherche est fondée sur un nouveau dispositif logé dans une fibre optique et appelé réseau de Bragg. ISIS a déjà installé des capteurs à réseau de Bragg de fibres optiques de courte portée dans des ponts nouvellement construits pour contrôler les changements qui se produisent graduellement avec le temps ainsi que la réaction du pont à la charge de la circulation. Cette technologie donne une nouvelle façon non intrusive de contrôler l’impact du trafic et des charges excédentaires, l’intégrité structurale à long terme, les composantes d’une structure réhabilitée à l’aide d’enveloppes en PRF, et la fréquence des vibrations et la réaction des structures au séisme. Les avantages sont remarquables : cela permet de réduire la tendance à la surconception des structures, de contrôler l’évolution réelle de la charge et des contraintes, et de déceler tout point de faiblesse interne avant que la dégradation ne devienne critique. Projets de recherche Mise au point d’un capteur structurel à fibres optiques Intégration et application dans les matériaux des capteurs structurels à fibres optiques Intégration des capteurs et de systèmes de démodulation optoélectronique Capteurs multiplexeurs sériels à réseau de Bragg – lasers à rétroaction répartie accordables à électrodes doubles Dépôt d’oxyde pour déplacement des structures de bande des lasers à rétroaction répartie Directeur de thème, Roderick Tennyson, Ph.D., P.Eng., Université de Toronto Télésurveillance Les projets abordés dans le cadre de ce thème visent la conception de systèmes économiques d’acquisition des données et de communication pour la surveillance à distance des structures. Cela comprend la mise au point d’un système permettant de traiter intelligemment les données afin d’en évaluer la portée. En établissant des modèles de nouveaux systèmes structurels (Ontario) peut faire, à partir de données spécifiques recueillies, des prédictions valables relativement à la durée de vie utile de la structure. À ce jour, plusieurs ponts et structures d’un bout à l’autre du Canada ont été équipés de dispositifs de télésurveillance à fibres optiques. Les diverses configurations de mesure font appel à la fois à des éléments disponibles commercialement et à des dispositifs élaborés et mis au point par ISIS. Des structures neuves et rénovées sont actuellement surveillées de la sorte. L’un des principaux défis de ce thème est de mettre au point un cadre standardisé de traitement intelligent applicable aux données obtenues dans les diverses applications déployées par ISIS sur le terrain. Ce thème comprend aussi (en étroite collaboration avec le thème sur les capteurs à fibres optiques) la mise au point d’armatures intelligentes. En utilisant la technologie de la pultrusion (Ontario) peut enchâsser des capteurs à fibres optiques dans les armatures en PRF. Des armatures et des connecteurs intelligents permettent d’éliminer de méticuleuses procédures d’installation sur le chantier, permettant ainsi de réaliser des économies à la construction. Projets de recherche Télésurveillance Traitement intelligent des données des capteurs Armatures et connecteurs intelligents Évaluations sur le terrain : - Pont de Chatham - Pont de la Confédération - Pont Crowchild - Hall's Harbour - Pont Headingley - Pont Joffre - Pont de Sainte Émilie de l'Énergie - Pont de la rivière Salmon - Pont de Waterloo Directeur de thème, Aftab Mufti, Ph.D., P.Eng., Université Dalhousie Structures novatrices Dans le cadre de ce thème (Ontario) mène des recherches sur de nouvelles approches novatrices dans le domaine des structures renforcées à l’aide de PRF. On examine notamment des aspects comme les exigences en matière de résistance, d’aptitude à l’emploi, de performance et de durabilité. Le programme expérimental comprend la construction et la mise à l’essai de modèles pleine grandeur ou à l’échelle pour examiner le comportement et établir les lignes directrices pour la conception de détails de construction devant servir à des applications sur le terrain. Des PRF de verre et de carbone peuvent servir à renforcer des structures de béton préfabriqué ou coulé sur place. Cela peut prendre la forme de barres d’armature, d’étriers, de grilles, de goujons de joints de revêtement de chaussée, de câbles de précontrainte, de pièces d’ancrage, etc. Dans la conception des ponts, ce matériau est utilisé lorsqu’il est souhaitable d’installer des portées non soutenues plus longues, ou lorsque la réduction du poids, conjuguée à une meilleure tenue mécanique permet d’obtenir une plus grande résistance au séisme. Une structure légère renforcée à l’aide de PRF peut réduire le coût des colonnes et des fondations et permet de répondre aux demandes de plus en plus exigeantes découlant de la charge accrue de la circulation routière. Les applications sur le terrain découlant des recherches menées dans le cadre de ce thème sont dotées de la dernière génération de capteurs à fibres optiques pour la télésurveillance. La surveillance précise des contraintes internes est essentielle pour donner aux propriétaires de l’infrastructure confiance dans les matériau et la configuration. Du point de vue pratique, la surveillance continue d’une structure est avantageuse en ce sens qu’elle permet de déceler au fur et à mesure les changements susceptibles d’influer sur le comportement structurel et la capacité de charge, permettant ainsi de prendre d’importantes décisions d’ingénierie mettant en cause des considérations de sécurité et d’entretien. Projets de recherche Systèmes structurels novateurs pour tabliers de pont Capteurs intégrés et PRF pour structures en béton Structures en béton renforcé d’une armature intelligente en PRF Maçonnerie précontrainte insensible à la corrosion Câbles d’ancrage en PRF pour précontrainte extérieure Aptitude à l’emploi de structures en béton renforcé de PRF Effet des écarts de température sur les structures en béton renforcé de PRF Poteaux d’ancrage novateurs en PRF Application de la technologie de l’enroulement filamentaire Directeur de thème, Sami Rizkalla, Ph.D., P.Eng., Université du Manitoba Réhabilitation des structures La grande résistance et la légèreté des PRF et le fait que ce matériau soit maintenant disponible sous forme de feuilles très minces en font une solution attrayante et économique pour renforcer des ponts et structures en béton existants. Dans les projets de réhabilitation, le PRF sert ou bien à confiner le béton qui subit une compression, ou bien à augmenter la résistance à la flexion ou au cisaillement par l’application d’un renfort externe liaisonné. Il existe de nombreuses possibilités d’application des résultats de cette recherche, car les structures en béton à armature d’acier sont dans un état de dégradation continue attribuable à la corrosion causée par le sel de déglaçage et le sel marin et les polluants environnementaux, et aussi aux effets à long terme de charges de roulage qui dépassent les limites prévues au moment de la conception. Le rapiéçage et la pose d’enveloppes de PRF constituent les règles de l’art dans la réparation et le renforcement de structures. Les projets de recherche menés dans le cadre de ce thème portent sur la performance et la durabilité des procédés de réhabilitation utilisant les PRF et examinent la surveillance des structures à distance au moyen d’une instrumentation intégrée à fibres optiques. Cette nouvelle technologie débouchera sur l’optimalisation de l’entretien et des réparations de l’infrastructure. Les projets de recherche comportent notamment la mise au point de technologies de réparation intelligente faisant appel à des capteurs à fibres optiques noyés dans des enveloppes de PRF. Les applications concrètes résultant de ce thème visent une vaste gamme de structures dans des conditions sévères en termes de corrosion et de froid. Projets de recherch Remise en état et renforcement des structures en béton Enveloppes intelligentes en PRF pour réparer et contrôler à distance des ouvrages endommagés par la corrosion Évaluation des effets des enveloppes en PRF sur le taux de corrosion dans les ouvrages en béton contaminés par les chlorures Enveloppes intelligentes en PRF pour applications en région froide Réparation de structures de béton attaquées par la corrosion Démonstration sur le terrain de la technologie intelligente de remise en état et de renforcement des ponts Matrice composite PRF pulvérisée Utilisation de PRF dans les structures en bois Directeur de thème, Kenneth Neale, Ph.D., Eng., Université de Sherbrooke Lignes directrices et manuels de design Dans le cadre d’un thème séparé, chacun des quatre domaines de recherche élabore des lignes directrices et des manuels de design qui seront mis à la disposition de l’industrie de la conception et de la construction. Les manuels servent aussi à accélérer l’acceptation de codes et constituent un élément vital pour le transfert de la technologie au secteur de l’infrastructure.

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