L'Innovateur
Juin 1999

TABLES DES MATIÈRES

Articles
Calgary à l’avant-garde de l’innovation en rénovation
La 4eConférence annuelle se tourne vers l’avenir

Projets de Démonstration et Produits Novateurs
Hydro-Québec rénove des structures en béton - Québec
Deux brevets sont déposés pour des systèmes de détection intelligente - Nouvelle-Écosse
Une durée de vie plus longue pour les installations de stockage du lisier de porc - Manitoba
Réparation des écoles après le grand verglas - Québec
Une percée dans le domaine des pieux en composite - É.-U.

Place la recherche - Nouveaux projets
Évaluation sur le terrain du pont John Hart
Traitement intelligent des données obtenues des ponts dotés d’instruments
Système de détection par diffusion de brillouin
Remise en état des structures après un tremblement de terre
Remise en état des joints après tremblement de terre
Examen des structures de confinement

Prix et nominations
Prix et nominations
Un prix du développement durable reconnaît les avantages de la recherche

Actualités
Les codes canadiens vont de l’avant

Articles

Calgary à l’avant-garde de l’innovation en rénovation

Quand Calgary a construit le pont Beddington en 1993, utilisant des matériaux et des procédés qui n’avaient jamais été mis à l’épreuve auparavant en Amérique du Nord, un changement important s’est produit. La Division des structures et des installations de la ville a reconnu que les polymères renforcés de fibres (PRF) et les capteurs à fibres optiques intégrées aux structures étaient la voie de l’avenir. Sous la direction de Chris Wade, la Division est responsable des normes de conception des ponts ainsi que de l’entretien et de la rénovation d’un actif dont la valeur est évaluée à plus d’un milliard de dollars. La Division a constamment repoussé les frontières de l’innovation en génie civil en appliquant des méthodes novatrices de rénovation tirant profit des possibilités des PRF et du contrôle à distance.

«Les avantages des polymères renforcés de fibres sont indéniables. Ce matériau est beaucoup plus solide que l’acier et surtout, il est insensible à la corrosion. Les systèmes de contrôle à distance fournissent des données permettant d’évaluer la performance à long terme des matériaux, sans le coût supplémentaire des visites sur le chantier», déclare le gestionnaire de la Division, Chris Wade.

Le pont Beddington
Ce projet a été marquant parce qu’il a confirmé le besoin d’une organisation pouvant jouer le rôle de chef de file pour le transfert de la nouvelle technologie à l’industrie. Par la suite, ISIS Canada a été créé sous l’égide du programme des réseaux de centres d’excellence du gouvernement fédéral.

Le pont de Crowchild Trail
Tablant sur l’expertise de l’expert-conseil en application technique d’ISIS Canada, M.Gamil Tadros, et sous la direction de Peter Wilson, ingénieur en chef chargé des structures, Calgary a construit le premier pont à travée continue sans aucun acier au Canada, faisant appel à une armature en PRF de verre. Les sections New jersey du pont de Crowchild Trail ont été renforcées en utilisant une armature en PRF de verre.

«Si nous pouvons prolonger la durée utile de nos structures ne serait-ce que de dix ans, soit en supprimant l’armature d’acier, comme nous l’avons fait pour la dalle de béton sans acier, soit en la remplaçant par une armature en matériaux non sensibles à la corrosion, les économies pourraient être très importantes», de dire Wilson.

Le pont de la rue Centre
Le prochain projet de rénovation, prévu au début d’août 1999, est le pont de la rue Centre, qui a été construit en 1916 au-dessus de la rivière Bow. Des réparations ont été effectuées en 1974, incluant un nouveau tablier en béton précontraint installé par-dessus le tablier original. Toutefois, les conditions climatiques rigoureuses, notamment l’humidité saline, ont causé une détérioration progressive du tablier du pont et d’autres éléments structurels qui exigent maintenant remédiation pour garantir que le pont demeure en bon état de service.

Sous la direction de l’ingénieur d’étude principal de Calgary, Jadwiga Kroman, le tablier inférieur du pont sera entièrement remplacé et une partie de la dalle du tablier sera renforcée à l’aide de PRF.

«On peut prévoir qu’à la suite de ces travaux, la durée de vie utile du pont sera prolongée de 40ans», déclare Kroman, qui s’intéresse particulièrement aux méthodes novatrices permettant de remettre en état et de rénover les structures de béton.

Le pont du boulevard Country Hills
La même équipe – Kroman, Wilson et Tadros – a également renforcé le tablier du pont du boulevard Country Hills en appliquant des bandes de PRF de carbone en surface et en recouvrant le tout de béton à haute performance.

Ces projets prototypes visent à obtenir la confiance de l’industrie de la conception et de la construction et à démontrer la performance à long terme de la technologie. Le mandat d’ISIS Canada est de transférer cette technologie à l’industrie. À ce titre, son succès est actuellement mesuré par le taux auquel les décideurs adoptent les matériaux et les méthodes dans leurs pratiques courantes. Des données recueillies sur le terrain depuis 1993 relativement à dix ponts documentent la performance supérieure de ce matériau.

Partenaires pour le pont Beddington: Affaires étrangères et Commerce international Canada, Conseil national de recherches du Canada (Programme d’aide à la recherche industrielle), Graham Construction Ltd., Con-Force Structures Ltd., E-Tek ElectroPhotonics Solutions Corporation, Mitsubishi Chemical America, Tokyo Rope, Ville de Calgary.

Partenaires pour le pont de Crowchild Trail: PCL Contractors, Marshall Industries Ltd., Autocon Composites Inc., Stantec Consulting Ltd., CAN/ACM Consultants Ltd.

Partenaires pour le pont du boulevard Country Hills: Walter Construction, Sika Canada Inc., CH2M Gore and Storrie Ltd.

Partenaires pour le pont de la rue Centre: Walter Construction, Autocon Composites Inc., Reid Crowther, SPECO Engineering Ltd. (expert-conseil PRF)

Présentations des étudiants: La compétition pour étudiant a été un des faits saillants de la conférence, avec remise de prix en argent. C’est aussi pour ISIS Canada encore une autre manière de donner suite à son engagement de former du personnel hautement qualifié. Pour chacun des six étudiants, l’invitation à faire une présentation était en soi un honneur.

La 4eConférence annuelle se tourne vers l’avenir

Dans un réseau comprenant plus de 75partenaires industriels et 200chercheurs répartis dans 12universités, la communication continue et l’auto-analyse sont des éléments-clés pour rivaliser sur la scène internationale. La quatrième conférence annuelle d’ISIS Canada a constitué une riche occasion de passer en revue les progrès accomplis au cours de l’année écoulée dans l’application des polymères renforcés de fibres et des systèmes de contrôle à distance d’un bout à l’autre du pays. La conférence a attiré de nombreux nouveaux industriels, gestionnaires, experts-conseils et fonctionnaires qui avaient entendu parler d’ouvrages récompensés par des prix, qui sont rapidement en train de devenir la norme dans la conception d’infrastructure au Canada. La conférence a été officiellement inaugurée par le président du conseil, M.Don Whitmore, qui est président de Vector Construction Group. Le directeur des Réseaux de centres d’excellence (RCE) André Isabelle a pris la parole dans le cadre de la tribune publique, où les participants se sont montrés particulièrement intéressés aux succès obtenus par le Canada grâce aux programmes des RCE – succès tels que le programme est maintenant devenu permanent dans le budget fédéral. ISIS est un exemple remarquable qui démontre qu’en conjuguant les ressources publiques et privées, on peut permettre aux efforts canadiens de se hisser à l’avant-garde de la communauté internationale de la recherche.

Lors du dîner de remise des prix, le conférencier invité était le professeur Farhad Ansari, du Smart Sensors and NDT Laboratory de l’Université de l’Illinois, à Chicago. Le professeur Ansari a parlé en termes élogieux de la technologie et de la contribution d’ISIS Canada à l’amélioration des infrastructures, non seulement au Canada, mais partout dans le monde.

Planification en vue de l’avenir: Durant l’assemblée générale annuelle, le professeur Sami Rizkalla, directeur de programme d’ISIS Canada, a décrit comment durant l’année écoulée, plusieurs nouveaux chefs de projet se sont joints au réseau et les activités de recherche se sont déployées dans de nouveaux domaines. La plupart de ces nouvelles initiatives résultaient d’une visite approfondie des installations de recherche effectuées par l’exécutif du réseau entre novembre 1998 et février 1999. Parmi les nouvelles activités, citons la remise en état après un tremblement de terre, les épreuves de résistance au feu, et l’utilisation de la fibre optique pour mesurer la température et le stress sur de longues distances sans avoir besoin de capteurs.

«La visite des laboratoires et les entretiens avec les chercheurs quant à l’orientation de nos recherches a été un exercice extrêmement précieux. Nous devons continuer à évaluer le programme pour s’assurer qu’ISIS Canada demeure pertinent sur le plan commercial», a-t-il déclaré.

Le dîner Dialogue des chefs de projet: Comme il est de mise dans un véritable réseau, cette rencontre informelle a été l’occasion pour les chefs de projet de discuter de leurs préoccupations mutuelles et collectives. Les sujets cette année comprenaient les efforts qu’il faut déployer pour s’assurer que les propriétaires et constructeurs d’ouvrages au Canada comprennent que la technologie est tout à fait accessible dans toutes les régions du pays, pour les ouvrages neufs ou les projets de rénovation de toute importance.

Bourses d’excellence en génie pour les femmes: Cette année, les récipiendaires des bourses de 5000$ sont Natalie Rizkalla de l’Université Queen’s (le professeur Ivan Campbell, conseiller de thèse) et Christine Lacasse de l’Université de Sherbrooke (le professeur Ken Neale, conseiller de thèse).

Projets de Démonstration et Produits Novateurs

Hydro-Québec rénove des structures en béton - Québec
Des structures souterraines en béton armé d’acier sont employées de façon généralisée dans le domaine de la construction et du génie civil. Au Québec, plus de 50000de ces structures ayant les mêmes dimensions ont été installées par Hydro-Québec au cours des 30dernières années pour loger des dispositifs spéciaux utilisés pour les lignes de transmission d’électricité. Malheureusement, comme pour toute autre structure en béton armée d’acier, la corrosion s’installe, habituellement à cause de l’humidité, et à mesure que l’acier se dégrade, le béton s’écaille, se fissure et devient un grave problème. Sur une base annuelle, 2p.100 des structures souterraines en béton armé d’acier d’Hydro-Québec (environ 1000) deviennent tellement corrodées qu’elles doivent être remplacées.

L’armature en PRF offre des avantages par rapport à l’acier: insensible à la corrosion, légère et non conductrice d’électricité. L’année dernière, deux structures ont été construites à l’Université de Sherbrooke dans le cadre d’une étude préliminaire de faisabilité. Elles ont été installées à Longueil et à Valleyfield, au Québec. Cette étude a permis d’obtenir des données sur la fabrication, l’installation et le moulage d’armatures en PRF. Cette information sera utilisée pour fabriquer 10 autres chambres souterraines. Deux seront testées en utilisant le mur de réaction récemment construit à l’Université de Sherbrooke. Les autres seront éparpillés un peu partout au Québec, en tenant compte du terrain et de l’environnement. Les 10chambres souterraines seront renforcées à l’aide d’une armature ornée de barres IsorodP en PRF fabriquées par Pultrall Inc., du Québec, et seront dotées de capteurs pour le contrôle à distance.

Deux brevets sont déposés pour des systèmes de détection intelligente - Nouvelle-Écosse
Une technique plus efficiente a été mise au point pour récupérer la fibre optique, le câblage électrique et les autres fibres, câbles ou fils de transmission des capteurs ou appareillages intégrés à des structures composites à pultrusion continue. Cette technique permet de ne pas déranger le procédé de fabrication automatisée, et elle est d’application facile et peu coûteuse. Des exemples d’éléments en composite bénéficiant de ce brevet: barres d’armature en composite, tendons de renfort, antennes, boulons d’ancrage, gréements et aubents de marine, poutres et mats. Un deuxième brevet a été déposé pour une technique permettant d’enrober de matériaux composites des jauges à fibres optiques. Cela permet d’obtenir un porteur en forme de barre doté d’une jauge intégrée pouvant être utilisée comme élément intégré dans des structures fabriquées de métal, de béton ou de composite. Les deux techniques ont été mises au point dans le cadre de projets de recherche d’ISIS Canada qui ont été menées au Smart Materials Centre, département du génie mécanique, Université Dalhousie.

Une durée de vie plus longue pour les installations de stockage du lisier de porc - Manitoba
L’élevage du porc produit du lisier qu’il faut stocker jusqu’à ce qu’on puisse l’épandre sur les terres agricoles, ce qui exige de mettre dans la balance à la fois les préoccupations environnementales et des considérations relatives au coût. Les structures couramment utilisées pour stocker le lisier de porc se dégradent à un rythme alarmant parce que l’armature d’acier qui renforce le béton se corrode. À mesure que la production augmente, le besoin de meilleures installations de stockage est de plus en plus aigu. Le renfort à l’aide de PRF peut éliminer les problèmes causés par la corrosion, permettant à ces structures de résister à cette utilisation particulièrement difficile. C’est une très bonne nouvelle étant donné que des préoccupations environnementales relativement à l’infiltration dans le sol exigent que les structures demeurent parfaitement étanches. En collaboration avec Aquarian Industries, ISIS Canada étudie actuellement le concept de réservoirs de stockage du lisier de porc faisant appel au PRF. En plus du lisier de porc, ce concept pourrait servir aussi à bien d’autres usages dans le secteur de l’élevage, notamment pour renforcer les planchettes, planchers et systèmes de stockage des déchets. Cette recherche est parrainée par l’Initiative de recherche et de développement du ministère de l’Agroalimentaire du Manitoba et par l’Initiative de gestion du lisier de porc du Manitoba dite triple S.

Réparation des écoles après le grand verglas - Québec
Des feuilles de PRF de verre ont été utilisées pour renforcer 1800poutres dans deux écoles de conception semblable situées à Chateauguay (Québec) qui ont été endommagées durant la tempête de verglas de 1998. Après la tempête, des fissures préexistantes causées par le cisaillement dans les poutres du toit se sont élargies et, dans quelques cas, une rupture partielle a eu lieu. L’expert-conseil, Soprin ADS, a choisi de renforcer les panneaux du toit préfabriqué et précontraint à l’aide de feuilles de PRF de verre fournies par Composite Retrofit International Inc. et appliquées par la firme Construction Interlag.

Publication du rapport sur la tempête de verglas
La Commission du Québec qui examine les conséquences de la tempête de verglas de 1998 en vue d’en tirer éventuellement des leçons a récemment publié un rapport sur ses constatations et ses recommandations. Le rapport en trois volumes comprend une partie sur les structures examinées par le Groupe Structures, présidé par le chef de projet d’ISIS Canada, Kenneth Johns, de l’Université de Sherbrooke. Cette partie a été révisée par Leslie Jaeger, qui a joué un rôle clé dans la création de ISIS Canada. Le premier volume (39,95$ ISBN2-551-18088-0), intitulé «Pour affronter l’imprévisible», renferme un résumé et toutes les recommandations, y compris celles portant sur les structures. Le troisième volume (49,95$ ISBN2-551-18092-9), intitulé «Les conditions climatiques et l’approvisionnement en énergie», renferme les constatations des groupes spécialisés.

On peut commander le rapport à l’adresse suivante:
Les Publications du Québec, C.P. 1005, Québec (QC) G1K 7B5
Téléphone: 1-800-463-2100
Site Web : http://www.doc.gouv.qc.ca

Une percée dans le domaine des pieux en composite - É.-U.
La firme Lancaster Composite, de Pennsylvanie (É.-U.), collabore avec ISIS Canada afin d’effectuer des recherches visant à améliorer le rendement des pieux en PRF rempli de béton. Depuis près de dix ans, Lancaster Composite fabrique les pieux Composite Piles-40TM destinés à la construction de quais, jetées, docks, etc. Le président de Lancaster, Bob Green, a remarqué une demande accrue pour des pieux plus solides et plus durables. En examinant le comportement des pieux sous différentes charges au Laboratoire McQuade de l’Université du Manitoba, ISIS Canada obtiendra des résultats qui seront appliqués afin de concevoir des pieux supérieurs en PRF dotés d’un noyau en béton. L’utilisateur final a déjà reconnu la supériorité de ce concept général dans des applications en milieu marin, parce que ces pieux sont insensibles à la rouille, à la pourriture, à la corrosion et aux dommages causés par le taret. Les résultats viendront compléter le projet sur les structures pour panneaux routiers actuellement parrainé par le ministère de la Voirie et des Transports du Manitoba.

PLACE À LA RECHERCHE
Nouveaux projets

Évaluation sur le terrain du pont John Hart
Le pont John Hart, situé à Prince George (Colombie-Britannique), est actuellement en rénovation afin de supporter une charge accrue. Des feuilles de PRF de carbone seront utilisées pour renforcer la résistance au cisaillement de 42poutres de l’ordre de 15 à 20p.100. Une évaluation, comprenant le contrôle à distance, des visites périodiques sur place et une inspection visuelle, sera effectuée afin de mieux comprendre la performance des feuilles de PRF de carbone pour le renforcement contre le cisaillement. À titre de structure intelligente, le nouveau pont une fois rénové donnera au ministère des Transports et de la Voirie de la Colombie-Britannique la confiance voulue pour procéder à la rénovation d’autres ponts déjà identifiés.

Traitement intelligent des données obtenues des ponts dotés d’instruments
Cette étude de faisabilité permettra d’identifier les étapes nécessaires pour finaliser un logiciel actuellement en cours d’élaboration et qui permettra de stocker et d’archiver des données recueillies à même les structures via des systèmes de contrôle à distance.

Système de détection par diffusion de brillouin
Des capteurs à diffusion de brillouin permettent de mesurer à la fois les contraintes et la température à plusieurs endroits. Ces capteurs offrent une plus grande souplesse quant au nombre de points de mesure, leur emplacement, et la longueur d’onde peut être choisie même après l’installation des capteurs. Des fibres relativement longues (jusqu’à des dizaines de kilomètres) peuvent être utilisées, ce qui permet de doter facilement d’une instrumentation des ouvrages de génie civil de grande dimension, de façon beaucoup plus complète qu’il n’est possible de le faire en utilisant d’autres technologies de capteur. Le but de cette recherche est de faire la mise au point de cette technologie de manière qu’elle soit commercialement viable pour des applications dans le domaine du contrôle des structures.

Remise en état des structures après un tremblement de terre
Le principal objectif de ce projet de recherche est d’évaluer le comportement à court et à long termes des structures renforcées de PRF, en mettant principalement l’accent sur les colonnes et les dalles. Cela comprend les structures de béton armé à armature d’acier renforcées après coup à l’aide de PRF, et les nouvelles structures en béton armé de PRF. De plus, de nouvelles techniques novatrices pour renforcer les propriétés structurelles des éléments en béton seront élaborées et testées. Des éléments grandeur nature seront testés quant aux propriétés structurelles et des échantillons à échelle réduite seront testés pour la durabilité. La mise au point de modèles conceptuels permettant de prédire le comportement des structures renforcées de PRF fait partie intégrante de cette étude. Des données expérimentales serviront à calibrer les modèles analytiques pour les colonnes circulaires et les dalles et pour élaborer les tests de durabilité quant à l’adhérence PRF-béton.

Remise en état des joints après tremblement de terre
Après un tremblement de terre de forte intensité, il est devenu évident que les structures en béton armé construites en fonction de codes antérieurs ou même avant les exigences relatives à la conception à l’épreuve des séismes, sont inadéquates. C’est pourquoi des enveloppes d’acier ont été appliquées à l’emplacement des joints poutres-colonnes, pour augmenter la résistance au cisaillement. Cette recherche permettra de recueillir des données appuyant l’utilisation de renforts en PRF au lieu d’acier. En plus de leur performance globalement supérieure, ces renforts en PRF permettront d’éliminer potentiellement la rupture par cisaillement des joints poutres-colonnes.

Examen des structures de confinement
L’Énergie atomique du Canada Limitée (ÉACL) et ISIS font enquête sur la résistance à long terme et la durabilité d’une centrale nucléaire déclassée au Québec. L’objectif est de porter la période de garantie de 40 à 100ans. ISIS Canada travaille avec ÉACL à l’utilisation d’enveloppes de PRF pour répondre aux besoins à long terme.

Prix at nominations

Société canadienne de génie civil, Prix A.B. Sanderson - Gamil Tadros, Ph.D., P.Eng., SPECO Engineering Ltée
Prix pour réalisation Transports nationaux - Sami Rizkalla, Ph.D., P.Eng., Université du Manitoba, ISIS Canada, président
Prix d’excellence, Recherche et développement, Table ronde du Manitoba sur la durabilité - Sami Rizkalla, Ph.D., P.Eng., Université du Manitoba, ISIS Canada,
Fondation canadienne pour l’innovation, Fonds pour l’innovation institutionnelle, Prix pour la construction d’une installation d’essai extérieure/atmosphérique dernier cri - Nemkumar Banthia, Ph.D., P.Eng., Université de Colombie-Britannique
Prix du scientifique invité, Ministère des sciences et de la technologie du Japon, Nemkumar Banthia, Ph.D., P.Eng., Université de Colombie-Britannique
Chaire de recherche Killam Memorial - Nigel Shrive, D.Phil., P.Eng., C.Eng., Université de Calgary
Prix ACI de recherche sur les structures - Shamin Sheikh, Ph.D., P.Eng., Université de Toronto
Boursier ACI - John Bonacci, Ph.D., P.Eng., Université de Toronto
Chef du département, Génie civil - Kenneth Johns, Ph.D., Eng., Université de Sherbrooke
Chef associé du département, Génie civil - Mark Green, Ph.D., P.Eng., Université Queen’s
Society for Technical Communication, Section Manitoba/Alberta, Communicateur technique éminent - ISIS Canada

 

Actualités

Un prix du développement durable reconnaît les avantages de la recherche
Le professeurSami Rizkalla s’est vu octroyer un prix d’excellence par la Table ronde du Manitoba sur le développement durable pour ses recherches qui amélioreront les performances et la durée de vie utile des infrastructures. Le prix a été accordé spécifiquement pour l’utilisation novatrice de polymères renforcés de fibres et de capteurs de télédétection dans le pont Taylor. Sami Rizkalla, président d’ISIS Canada et professeur de génie civil à l’Université du Manitoba, a accepté le prix le 14avril, à l’occasion du septième dîner annuel de remise des prix, en présence du premier ministre du Manitoba, M.Gary Filmon. M.Rizkalla a déclaré: «C’est déjà un honneur en soi que d’être mis en nomination pour ce prix, étant donné le niveau élevé d’expertise dans les travaux de recherche et de développement qui se font dans les dossiers de développement durable».

Les codes canadiens vont de l’avant
Les ingénieurs hésitent généralement à utiliser des armatures en PRF en l’absence de codes de conception. En conséquence, le personnel d’ISIS travaille d’arrache-pied au sein des comités compétents pour accélérer le processus d’approbation. Le professeurRizkalla est président du comité 440 de l’American Concrete Institute (ACI), qui s’occupe des armatures en plastique renforcé de fibres, lequel a approuvé deux codes portant sur la conception et la rénovation et qui seront examinés cet été par le comité technique de l’ACI. L’ACI se reporte aux documents de recherche d’ISIS Canada, qui constituent la seule source de procédures d’essai détaillé sur les barres et les feuilles de PRF. Le code de conception des ponts routiers du Canada a été rédigé et sera publié plus tard cette année. L’Association canadienne de normalisation (CSA) met la dernière main au code d’utilisation des PRF dans les immeubles et ouvrages de génie civil. Les deux comités sont essentiellement formés de chercheurs d’ISIS Canada. Durant les quatre années qui se sont écoulées depuis la création d’ISIS Canada, les PRF ont été utilisés dans des applications nouvelles et novatrices. Des manuels de design inspirés des travaux de recherche d’ISIS Canada en sont actuellement à l’étape de la première ébauche et constitueront une source importante pour l’élaboration des codes canadiens quand ils seront publiés plus tard cette année.

Ce rapport élogieux (et non sollicité) à l’égard d’ISIS Canada transmis au département des transports des États-Unis à Washington en mars 1999 a incité ISIS Canada à planifier l’accueil d’une délégation américaine comprenant des intervenants clés qui sont directement intéressés au contrôle à distance et à l’utilisation de PRF pour les infrastructure.

«En une courte période de quatre ans, les chercheurs d’ISIS de tous les coins du Canada ont fait de la recherche, de la mise au point, et ils ont conçu et construit des ponts intelligents qui étaient en service au moment de ma visite. J’ai observé avec envie ces percées technologiques...» Farhad Ansari, professeur, Laboratoire Smart Sensors & NDT, Université de l’Illinois.