Renforcement des structures en bois à l’aide de polymère renforcé de fibres (PRF)

Germain, Maxime (2021). Renforcement des structures en bois à l’aide de polymère renforcé de fibres (PRF). Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Depuis quelques années, l’utilisation du bois dans la construction de bâtiments et de ponts démontre une augmentation significative. Le bois d’ingénierie ne cesse d’évoluer et de permettre une utilisation beaucoup plus vaste qu’auparavant. Étant un matériau renouvelable et écoresponsable, le bois a tout intérêt à être davantage utilisé. Lorsqu’une structure déficiente nécessite un renforcement pour augmenter sa durée de vie ou sa capacité portante, plusieurs pensent à utiliser des techniques bien connues faisant appel à l’utilisation de l’acier ou du béton avec le bois; ou même un remplacement complet. Dans le cas des structures en bois, le renforcement à l’aide de matériaux composites en polymère renforcé de fibres (PRF) est rarement utilisé. Cette technique de renforcement a fait ses preuves pour le béton, mais présente des lacunes pour le bois. À ce titre, le projet de recherche présenté dans ce mémoire de maitrise traite de cette problématique.

L’objectif de la présente étude est de développer des méthodes de réhabilitation et des modèles de calcul pour les structures en bois renforcées à l’aide de PRF. L’étude comprend un volet théorique et un volet expérimental. Le volet théorique vise à situer la présente étude par rapport aux recherches antérieures et à identifier les besoins en recherche. Le volet expérimental consiste à effectuer des essais de flexion et d’arrachement sur des spécimens en bois renforcés de PRF et d’en évaluer les avantages. Un total de 17 poutres ont été testés selon la méthode d’essais de flexion en quatre points et 12 spécimens ont été testés en arrachement. En flexion, trois configurations ont été étudiées à l’aide de lamelle ou de tissu de différentes largeurs. Les paramètres évalués et analysés sont le mode de rupture, le comportement Force-Déplacement, le comportement contraintes-déformations, et la relation entre les déformations du PRF et la distance par rapport au centre de la poutre. En arrachement, trois longueurs d’ancrage (100 mm, 150 mm et 500 mm) ont été évaluées. Les paramètres évalués et analysés, en plus de ceux en flexion, sont la relation entre les déformations du PRF et la distance de l’extrémité chargée et la relation entre la contrainte d’adhérence et la distance de l’extrémité chargée.

Les résultats de l’étude montrent que le renforcement d’un élément en bois à l’aide de PRF augmente sa résistance de façon significative et modifie le mode de rupture; ce dernier passant de fragile à ductile. Globalement, l’utilisation de tissus offre de meilleurs résultats que l’utilisation de lamelles et ce autant pour le renforcement en flexion que pour l’arrachement, car il permet une répartition uniforme des contraintes et des déformations.

Titre traduit

Strengthening of wooden structures with fibre reinforced polymer (FRP)

Résumé traduit

In recent years, the use of wood in the construction of buildings and bridges has shown a significant increase. Engineered wood continues to evolve and allow much more use than ever before. Being a renewable and eco-responsible material, wood has every interest in being used more. When a deficient structure requires strengthening to increase its lifespan or its loadbearing capacity, one may think of using the well-known techniques combining steel or concrete with wood, or even a complete replacement. But what about the use of fiber reinforced polymer (FRP) composite materials? This strengthening technique has been proven for concrete but present shortcomings for wood. Thus, this master’s thesis deals with this particular subject.

The objective of the present study is to develop rehabilitation methods and design models for timber structures strengthening using FRP. The study includes theoretical and experimental components. The theoretical part aims to define the present study in relation to previous research and to identify research needs. The experimental part consists of preforming bending and pull out tests on wood specimens strengthened with FRP and evaluating their benefits. A total of 17 beams were tested using the four-point bending test method and 12 specimens were tested for pull-out. In bending, three configurations were studied using laminates of fabrics of different widths. The parameters evaluated and analyzed are the failure mode, the forcedisplacement behaviour, the stress-strain behaviour, and the relation between the strains of the FRP and the distance from the centre of the beam. In pull-out, three anchor lengths (100 mm, 150 mm and 500 mm) were evaluated. The parameters evaluated and analyzed, in addition to those in bending, are the relation between the strains in the FRP and the distance from the loaded end, and the relation between the bond stress and the distance from the loaded end.

The results demonstrated that reinforcing a timber member with FRP significantly increases its strength and changes the failure mode from brittle to ductile. Overall, the fabric offers a better performance in both bending and pull-out, as it allows for even distribution of stresses and strains.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 161-165).
Mots-clés libres:	renforcement, bois, polymère renforcé de fibres (PRF), flexion, adhérence
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Khaled, Amar
Codirecteur:	Codirecteur Chaallal, Omar
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	26 oct. 2021 17:21
Dernière modification:	26 oct. 2021 17:21
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2760

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