Quantification de l'amortissement visqueux élastique des piles en béton armé des ponts routiers québécois

Le dimensionnement des ponts et viaducs au Canada se base sur la norme CAN/CSA S6-14. Pour le calcul de ces structures sous des charges extrêmes, des cartes d'aléa sismique sont produites par la Commission géologique du Canada selon un taux d'amortissement de 5 %. La norme propose des taux d'amortissement visqueux élastique de 2 % pour le béton et de 1 % pour l'acier. Un nouveau facteur de correction selon l'amortissement est mentionné dans cette norme pour modifier les spectres de réponse provenant des cartes sismiques. Plusieurs études sur des ouvrages d'art quantifient les taux d'amortissement visqueux élastique entre 1 % et 2 %, confirmant ainsi qu'il est nécessaire d'utiliser un facteur de correction des spectres pour éviter une sous-évaluation des déplacements au niveau du tablier. Le projet de recherche consiste à quantifier le taux d'amortissement visqueux élastique des ponts routiers grâce à des essais in situ sur des ouvrages du Québec. Les essais débutent avec l'acquisition de données à l'aide d'accéléromètres alors que le pont est sous vibrations ambiantes. Une fois les propriétés modales extraites, un essai sous vibrations forcées par balayage des fréquences est effectué, en ciblant les fréquences propres. L'interprétation de la réponse de la structure à ce dernier essai permet de trouver précisément l'amortissement. Une étude paramétrique sur le logiciel OpenSees est aussi effectuée pour évaluer l'impact de la variation du taux d'amortissement utilisé sur les déplacements du tablier lors d'un séisme. Les résultats démontrent que le taux d'amortissement visqueux élastique peut être aussi bas que 1 %, ce qui peut doubler la réponse en déplacements aux joints d'un pont par rapport à une analyse avec 5 % d'amortissement. Le mémoire cherche à clarifier l'utilisation de la norme S6-14, à démontrer l'importance d'utiliser un bon taux d'amortissement et à encourager l'utilisation d'un facteur de correction des spectres adéquat pour calculer la réponse sismique des ponts routiers québécois et canadiens. Des recommandations sont proposées dans ce sens.

Simplified design method for energy dissipating devices in retrofitting of seismically isolated bridges

Abstract: Highway bridges have great values in a country because in case of any natural disaster they may serve as lines to save people’s lives. Being vulnerable under significant seismic loads, different methods can be considered to design resistant highway bridges and rehabilitate the existing ones. In this study, base isolation has been considered as one efficient method in this regards which in some cases reduces significantly the seismic load effects on the structure. By reducing the ductility demand on the structure without a notable increase of strength, the structure is designed to remain elastic under seismic loads. The problem associated with the isolated bridges, especially with elastomeric bearings, can be their excessive displacements under service and seismic loads. This can defy the purpose of using elastomeric bearings for small to medium span typical bridges where expansion joints and clearances may result in significant increase of initial and maintenance cost. Thus, supplementing the structure with dampers with some stiffness can serve as a solution which in turn, however, may increase the structure base shear. The main objective of this thesis is to provide a simplified method for the evaluation of optimal parameters for dampers in isolated bridges. Firstly, performing a parametric study, some directions are given for the use of simple isolation devices such as elastomeric bearings to rehabilitate existing bridges with high importance. Parameters like geometry of the bridge, code provisions and the type of soil on which the structure is constructed have been introduced to a typical two span bridge. It is concluded that the stiffness of the substructure, soil type and special provisions in the code can determine the employment of base isolation for retrofitting of bridges. Secondly, based on the elastic response coefficient of isolated bridges, a simplified design method of dampers for seismically isolated regular highway bridges has been presented in this study. By setting objectives for reduction of displacement and base shear variation, the required stiffness and damping of a hysteretic damper can be determined. By modelling a typical two span bridge, numerical analyses have followed to verify the effectiveness of the method. The method has been used to identify equivalent linear parameters and subsequently, nonlinear parameters of hysteretic damper for various designated scenarios of displacement and base shear requirements. Comparison of the results of the nonlinear numerical model without damper and with damper has shown that the method is sufficiently accurate. Finally, an innovative and simple hysteretic steel damper was designed. Five specimens were fabricated from two steel grades and were tested accompanying a real scale elastomeric isolator in the structural laboratory of the Université de Sherbrooke. The test procedure was to characterize the specimens by cyclic displacement controlled tests and subsequently to test them by real-time dynamic substructuring (RTDS) method. The test results were then used to establish a numerical model of the system which went through nonlinear time history analyses under several earthquakes. The outcome of the experimental and numerical showed an acceptable conformity with the simplified method.

Modélisation des structures sandwiches avec un amortissement viscoélastique intégré par une méthode hybride FEM-TMM

Cette thèse traite de la modélisation numérique de la réponse vibro-acoustique de structures sandwiches-composites avec matériaux viscoélastiques intégrés soumises à différents types d’excitations mécaniques et acoustiques. Dans une première phase, nous avons utilisé une approche de synthèse modale pour calculer les principaux indicateurs vibro-acoustiques de la structure : la vitesse quadratique, la puissance rayonnée, la perte par transmission…Ensuite, l’intégrale de Rayleigh a été exploitée pour calculer la puissance rayonnée de chaque structure. L’obstacle majeur que nous avons alors surmonté, était de gérer efficacement la dépendance en fréquence des propriétés de la couche viscoélastique dans l’approche de synthèse modale. Dans une second phase, en partant du champ vibratoire calculé dans la première étape, nous avons développé une méthode hybride FEM-TMM (méthode des éléments finis – méthode de matrices de transfert) pour prédire avec précision et en un temps de calcul acceptable, et jusqu’en hautes fréquences, les principaux paramètres de conception vibro-acoustique de ces structures, notamment l’amortissement équivalent et les nombres d’ondes suivant les deux directions spatiales x et y de propagation de l’onde acoustique. Les validations numériques que nous avons effectuées, montrent bien la robustesse de l'algorithme que nous avons développé. Ce dernier reste toutefois limité à des structures planes. Dans une troisième phase de ce travail, une étude paramétrique sur l’effet de l’emplacement et de la forme de la couche viscoélastique a été réalisée. Cette étude a été faite en se servant de la méthode hybride FEM-TMM pour calculer la réponse acoustique (puissance transmise et perte par transmission).

Physical and chemical kinetics of structural build-up of cement suspensions

Abstract : The structural build-up of fresh cement-based materials has a great impact on their structural performance after casting. Accordingly, the mixture design should be tailored to adapt the kinetics of build-up given the application on hand. The rate of structural build-up of cement-based suspensions at rest is a complex phenomenon affected by both physical and chemical structuration processes. The structuration kinetics are strongly dependent on the mixture’s composition, testing parameters, as well as the shear history. Accurate measurements of build-up rely on the efficiency of the applied pre-shear regime to achieve an initial well-dispersed state as well as the applied stress during the liquid-solid transition. Studying the physical and chemical mechanisms of build-up of cement suspensions at rest can enhance the fundamental understanding of this phenomenon. This can, therefore, allow a better control of the rheological and time-dependent properties of cement-based materials. The research focused on the use of dynamic rheology in investigating the kinetics of structural build-up of fresh cement pastes. The research program was conducted in three different phases. The first phase was devoted to evaluating the dispersing efficiency of various disruptive shear techniques. The investigated shearing profiles included rotational, oscillatory, and combination of both. The initial and final states of suspension’s structure, before and after disruption, were determined by applying a small-amplitude oscillatory shear (SAOS). The difference between the viscoelastic values before and after disruption was used to express the degree of dispersion. An efficient technique to disperse concentrated cement suspensions was developed. The second phase aimed to establish a rheometric approach to dissociate and monitor the individual physical and chemical mechanisms of build-up of cement paste. In this regard, the non-destructive dynamic rheometry was used to investigate the evolutions of both storage modulus and phase angle of inert calcium carbonate and cement suspensions. Two independent build-up indices were proposed. The structural build-up of various cement suspensions made with different cement contents, silica fume replacement percentages, and high-range water reducer dosages was evaluated using the proposed indices. These indices were then compared to the well-known thixotropic index (Athix.). Furthermore, the proposed indices were correlated to the decay in lateral pressure determined for various cement pastes cast in a pressure column. The proposed pre-shearing protocol and build-up indices (phases 1 and 2) were then used to investigate the effect of mixture’s parameters on the kinetics of structural build-up in phase 3. The investigated mixture’s parameters included cement content and fineness, alkali sulfate content, and temperature of cement suspension. Zeta potential, calorimetric, spectrometric measurements were performed to explore the corresponding microstructural changes in cement suspensions, such as inter-particle cohesion, rate of Brownian flocculation, and nucleation rate. A model linking the build-up indices and the microstructural characteristics was developed to predict the build-up behaviour of cement-based suspensions The obtained results showed that oscillatory shear may have a greater effect on dispersing concentrated cement suspension than the rotational shear. Furthermore, the increase in induced shear strain was found to enhance the breakdown of suspension’s structure until a critical point, after which thickening effects dominate. An effective dispersing method is then proposed. This consists of applying a rotational shear around the transitional value between the linear and non-linear variations of the apparent viscosity with shear rate, followed by an oscillatory shear at the crossover shear strain and high angular frequency of 100 rad/s. Investigating the evolutions of viscoelastic properties of inert calcite-based and cement suspensions and allowed establishing two independent build-up indices. The first one (the percolation time) can represent the rest time needed to form the elastic network. On the other hand, the second one (rigidification rate) can describe the increase in stress-bearing capacity of formed network due to cement hydration. In addition, results showed that combining the percolation time and the rigidification rate can provide deeper insight into the structuration process of cement suspensions. Furthermore, these indices were found to be well-correlated to the decay in the lateral pressure of cement suspensions. The variations of proposed build-up indices with mixture’s parameters showed that the percolation time is most likely controlled by the frequency of Brownian collisions, distance between dispersed particles, and intensity of cohesion between cement particles. On the other hand, a higher rigidification rate can be secured by increasing the number of contact points per unit volume of paste, nucleation rate of cement hydrates, and intensity of inter-particle cohesion.

Le contenu informationnel des impôts reportés: une expérimentation en laboratoire

Alors que la pratique de redresser les états financiers pour les rendre conformes à la méthode de l'impôt exigible semble répandue parmi les analystes financiers, les organismes de normalisation en Amérique du Nord s'attachent à la formule d'application de la méthode du report intégral d'impôt. De son côté, la présente étude vise à contribuer au débat, toujours en cours, entre cette dernière méthode et celle de l'impôt exigible. Conséquemment, la première hypothèse posée est à l'effet que le contenu informationnel de la méthode du report d'impôt intégral et fixe, en vigueur au Canada, est plus grand que celui de la méthode de l'impôt exigible. Selon la deuxième hypothèse, les renseignements sur les écarts temporaires fournis par voie de notes aux états financiers ont un contenu informationnel. Ces deux hypothèses sont testées empiriquement en s'intéressant, plus spécifiquement, aux réactions individuelles d'un échantillon d'utilisateurs d'états financiers, lors d'une expérimentation en laboratoire utilisant un devis intra-groupes. Au total, 152 questionnaires ont été reçus, dont 119 pour les comptables agréés du secteur industriel et affaires de la région de Montréal et 33 pour les membres de l'Association des analystes financiers de Montréal. Les résultats permettent de conclure que la méthode du report d'impôt intégral et fixe implique un contenu informationnel plus grand que la méthode de l'impôt exigible. Toutefois, les renseignements sur les écarts temporaires fournis par voie de notes aux états financiers ne montrent un contenu informationnel, d'une façon statistiquement significative, que pour une des variables dépendantes de l'expérimentation. Globalement, les résultats semblent démontrer la nécessité d'un certain degré de répartition des impôts et indiquer un besoin de renseignements complémentaires sur les écarts temporaires. De plus, on peut raisonnablement avancer que les résultats appuient le SFAS No 109 du FASB, promulgué en 1992 aux États-Unis, exigeant la méthode dite de l'actif et du passif. Les résultats mitigés de l'expérimentation en laboratoire et surtout la diversité des réponses, aux mesures directes explicites et implicites de l'utilisation des informations sur les écarts temporaires, semblent confirmer qu'il y a également une très grande diversité dans la façon de considérer ces dernières informations en pratique. La présente étude soulève plusieurs avenues de recherches dont celle, apparaissant particulièrement prometteuse, sur les écarts temporaires causés par les différences entre l'amortissement comptable et fiscal, mais cette fois-ci, en contexte de décroissance d'une entreprise. On peut donc conclure que la comptabilisation des impôts est loin d'avoir fini de faire couler de l'encre...

Intégration des connaissances théoriques et pratiques de l'analyse financière externe et interne dans le but d'un diagnostic de la situation financière

L'analyse de la situation financière de l'entreprise sert à la prise de décision pour les parties intéressées à l'intérieur de l'entreprise, soit le gestionnaire et parfois le propriétaire et les autres qui se trouvent à l'extérieur, tels l'investisseur, le ministère du revenu, le banquier et le consultant. Dépendamment de l'utilisateur, l'information disponible n'est pas la même. L'investisseur, le banquier et le ministère du revenu doivent analyser l'entreprise à partir des données comptables publiées. Mais, les états financiers cachent parfois certaines réalités, tel un exercice financier ne représentant pas la saisonnalité des activités. De même les stocks de fin d'exercice ne représentent pas nécessairement le niveau du stock moyen. Les échéances de paiement surviennent peut-être au début plutôt qu'uniformément au cours de l'exercice. La signature de contrats importants pourra avoir des répercussions qu'au cours de l'exercice suivant. L'information interne seule peut répondre à ces questions. De plus, le résultat net publié dans les états financiers renferme certaines lacunes dont l'analyste doit tenir compte : 1- L'amortissement et l'évaluation des comptes-clients comportent une bonne part de subjectivité; 2- L'existence de plusieurs méthodes d'évaluation des stocks amène des problèmes de comparabilité, surtout lorsque ces postes ont une relative importance; 3- La dépréciation monétaire non prise en compte dans les états financiers diminue la comparabilité d'un exercice à l'autre et n'assure pas la préservation du patrimoine. Ainsi, les dividendes peuvent être versés au-delà de ce qu'il serait prudent de verser pour assurer la capacité de fonctionnement; 4- En période de prospérité, l'entreprise tentera de minimiser son bénéfice comptable afin de diminuer sa charge fiscale alors qu'en période de déficit, elle tentera de maximiser son bénéfice comptable pour rassurer les propriétaires et les prêteurs; 5- L'inflation accentue les difficultés de comparaison. Il faudra donc tenir compte de l'inflation pour apprécier l'évolution réelle du résultat; 6- La comparaison avec plusieurs entreprises est quelque peu biaisée dû au choix des pratiques comptables exercées sur plusieurs postes. Les critères de comparaison devront donc être le moins possible dépendants de choix de pratiques comptables. Malgré l'existence de ces déformations comptables, les états financiers demeurent une source importante d'informations. Mais les forces et les faiblesses de l'entreprise s'en trouvent plus ou moins cachées. Comme le gestionnaire et le consultant ont accès aux données non publiées par l'entreprise, les résultats des activités et les données sur la qualité de la gestion interne peuvent donc être plus détaillés, et plus proches de la réalité. L'information publique, ne permet que de détecter les grandes lignes de la situation financière de l'entreprise. Les ouvrages en finance ne traitent que très peu de ces facteurs internes et du lien entre l'information interne et l'information externe. Le but de notre étude a été de créer un modèle de diagnostic de la situation financière, dans un premier temps, issu de la théorie et reposant sur les données externes et internes à l'entreprise. Dans un deuxième temps, nous avons construit un modèle plus complet qui tienne compte des interrelations des postes des états financiers et de l'interprétation faite par les praticiens, et dont la théorie ne fait pas état. L'intégration des connaissances des praticiens au modèle théorique initial et l'utilisation des données internes à l'entreprise, devraient permettre de porter un diagnostic plus éclairé de la situation financière de l'entreprise.

L'effet de l'hippothérapie sur le contrôle postural et la motricité d'enfants ayant une déficience motrice cérébrale légère

L'enfant ayant une déficience motrice cérébrale (DMC) légère présente des déficits posturaux qui limitent son intégration sociale. L'hippothérapie est une forme d'intervention utilisant le mouvement du cheval pour stimuler des réajustements posturaux. L’objectif de cette recherche était de quantifier l’effet de 10 semaines d’hippothérapie sur le contrôle postural et la motricité d'enfants ayant une DMC légère. Un devis pré-expérimental à mesures répétées où chaque enfant (n=13) est son propre contrôle a été utilisé. Les critères d’inclusion étaient: être âgés entre 4 et 16 ans et avoir une DMC légère. L’intervention d’une durée de 10 semaines consistait en une séance par semaine d’hippothérapie de 30 minutes, où l'enfant était placé dans différentes positions sur le cheval. La motricité globale, particulièrement la capacité à se tenir debout, marcher, courir et sauter a été mesurée par les dimensions D et E du Gross Motor Function Measure (GMFM-88) et la coordination, la vitesse, la force et l’équilibre par le Bruininks-Oseretski Test of Motor Proficiency-Short Form (BOT2-SF). La motricité fine a été évaluée par différentes tâches de précision, d’intégration et de dextérité manuelle (BOT2-SF). Les variables biomécaniques évaluant la stabilité posturale en position assise et debout ont été quantifiées par le déplacement du centre de pression (CdeP). Le déplacement des membres supérieurs a été enregistré lors de tâches unilatérales à l'aide d’un système d’analyse tridimensionnelle du mouvement (VICON). Treize sujets (âgés de 7,3 ± 2,7 ans) ont été évalués avant (mesure de base), après l’intervention et à 10 semaines post-intervention (mesure de suivi). La stabilité posturale de l’enfant sur le cheval a été évaluée à l’aide de modules inertiels multiaxiaux fixés sur le cheval et sur l’enfant (tête, tronc) à deux temps pendant l’intervention. À la suite de l’intervention, la motricité globale s’est améliorée significativement (GMFM-88 dimensions; p=0,005 et BOT2-SF total; p=0,006), et spécifiquement au niveau de la force des abdominaux et des membres supérieurs (p=0,012), de l’équilibre (p=0,025) et des activités de précision de la main (p=0,013). Les analyses du contrôle postural sur le cheval montrent une augmentation de la fréquence cumulée dans la direction médiolatérale (M/L) (p=0,033), et une diminution de l’amplitude de la fréquence cumulée en vertical (p=0,007). Ces résultats peuvent s’interpréter comme étant une augmentation de la rapidité d'adaptation dans la direction M/L doublée d'un amortissement du tronc diminué dans l’axe vertical. Le contrôle postural debout statique s'est amélioré (p=0,013) dans l'axe M/L attribuable aux enfants diplégiques de l'étude. Ces résultats se sont maintenus après la fin de l’intervention. Aucune amélioration du déplacement des membres supérieurs n'a été notée. Nos résultats permettent de suggérer l’utilisation de l'hippothérapie, par les professionnels de la réadaptation, comme complément à l'intervention traditionnelle.

Correction des données satellitaires de fluorescence de la chlorophylle-a induite par le soleil pour les effets de bidirectionnalité

Les mesures satellitaires de réflectance de télédétection (Rrs) associée à la fluorescence de la chlorophylle-a induite par le soleil (FCIS), notées Rrs,f , sont largement utilisées dans le domaine de l’océanographie converties sous la forme de rendement quantique de la fluorescence (QYF). Le QYF permet de déterminer l’impact de l’environnement sur la croissance du phytoplancton. Tout comme les autres mesures qui reposent sur la luminance montante, le QYF, et donc la Rrs,f , sont influencés par les effets de bidirectionnalité. Ainsi, sachant que la variabilité naturelle du QYF est faible, les biais engendrés par une normalisation inadéquate de la Rrs,f peuvent avoir des impacts importants sur l’interprétation des mesures de QYF à l’échelle planétaire. La méthode actuelle utilisée pour corriger la dépendance angulaire du signal observé dans la bande de fluorescence par le spectroradiomètre imageur à résolution moyenne (MODIS), embarqué à bord du satellite Aqua, repose sur l’application d’une table de correspondance (LUT) développée par Morel et al. (2002). Toutefois, l’approche de Morel et al. (2002) ne tient pas compte du caractère isotrope de la FCIS ce qui induit des biais systématiques sur les mesures de Rrs,f selon la latitude, par exemple. Dans ce mémoire, une nouvelle méthode de calcul de la LUT ayant pour but de réduire ces biais est introduite. Tout d’abord, celle-ci intègre une mise à jour des propriétés optiques inhérentes (IOPs) dans le modèle de transfert radiatif sur la base de publications plus récentes. Ensuite, la gamme spectrale de son application est élargie à la bande de fluorescence contrairement à la méthode actuelle qui se limite à la longueur d’onde de 660 nm. Finalement, la LUT révisée tient compte des trois composantes principales de la réflectance de télédétection que sont (1) la rétrodiffusion élastique de la lumière par les molécules d’eau et par les particules en suspension, (2) la diffusion Raman (inélastique) par les molécules d’eau et (3) la FCIS. Les résultats de Rrs,f normalisées avec la nouvelle méthode présentent une différence de dispersion moyenne par rapport à celle obtenue par l’application de la méthode de Morel et al. (2002) de l’ordre de -15 %. Des différences significatives, de l’ordre de -22 %, sont observées à de grands angles d’observation et d’éclairement (> 55 %).