Étude de la mise en place et compaction du béton projeté

110 Pages·2013·42.61 MB·French

JEAN-MICHEL ROYER
ETUDE DE LA MISE EN PLACE ET COMPACTION
DU BÉTON PROJETÉ
Mémoire présenté
à la Faculté des études supérieures et postdoctorales de l'Université Laval
dans le cadre du programme de maîtrise en génie civil
pour l'obtention du grade de Maître es sciences (M.Sc.)
DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL ET DE GENIE DES EAUX
FACULTÉ DES SCIENCES ET DE GÉNIE
UNIVERSITÉ LAVAL
QUÉBEC
2013
Jean-Michel Royer, 2013

II
RESUME
Au cours des 20 dernières années, le béton projeté a fait l'objet de plusieurs recherches
portant particulièrement sur la compostions des mélanges. En parallèle, tous s'entendent
pour dire que la qualité du matériau en place dépend grandement de l'expérience du lancier
et de sa technique de mise en place. Les connaissances et données scientifiques entourant le
processus de mise en place et la compaction du béton projeté étant limitées, ce projet de
recherche est dédié à l'étude des paramètres de projection. L'objectif de cette étude consiste
à comprendre et quantifier l'influence des différents paramètres de projection sur les
propriétés du béton projeté à l'état frais et durci. Afin de mieux saisir le phénomène de
compaction, il est essentiel d'étudier et de quantifier la formation des vides de compaction
présents dans le béton projeté; une méthode expérimentale simple a été mise au point pour
évaluer cette grandeur. Un volet de cette étude est également consacré au comportement
isotrope du béton projeté.
Les nombreux résultats sont très intéressants et font ressortir non seulement d'importantes
différences dans le processus de mise en place entre le béton projeté par voie sèche et le
béton projeté par voie humide, mais aussi entre les mélanges contenants ou non de la fumée
de silice. En effet, la présence de vides de compactage, l'absorption d'eau et les résistances
en compression sont des propriétés qui sont toutes influencées par le procédé de projection
et la présence de fumée de silice. De plus, pour tous les mélanges produits au laboratoire, la
résistance en compression semble être une propriété isotropique.
Ill
REMERCIEMENTS
J'aimerais d'abord remercier mon directeur de maîtrise, M. Marc Jolin, pour m'avoir donné
la chance de poursuivre mes études au sein du CRIB. Au cours des deux années passées
sous sa tutelle, Marc m'a également initié au passionnant monde de l'enseignement. À
travers les nombreuses charges d'auxiliaire d'enseignement et formations de lancier, j'ai pu
parfaire mes talents d'orateur et de pédagogue. Voyant mon intérêt pour l'enseignement, il
m'a toujours encouragé à relever de nouveaux défis. Sa passion pour l'enseignement et ses
talents de vulgarisateur m'ont toujours fasciné. Marc est quelqu'un facile d'approche et
toujours disponible qui m'a grandement aidé tout au long des différentes étapes de mon
parcours. Mais encore plus important, Marc n'a jamais perdu l'espoir de me voir terminer
ma maîtrise et ce, malgré les délais encourus.
La réalisation de ce projet de recherche n'aurais jamais été possible sans l'aide de plusieurs
confrères étudiants. La recherche sur le béton projeté est une affaire d'équipe, personne ne
peut y arriver seul. J'aimerais donc remercier les personnes suivantes pour l'aide qu'ils
m'ont apporté au laboratoire : Jean-Daniel Lemay, Nicolas Ginouse, Arnaud Muller,
Patrick Power, Louis-Samuel Bolduc, Nicolas Rouleau, Mathieu Thomassin, Vanessa
Durand, Nicolas Samson, Mathieu Hamel, Marie-Julie Dumont, Gabriel Bédard, William
Fortin, Éric Turcotte, Frédéric Lory et Bianca Rivard. Jean-Daniel Lemay mérite une
mention spéciale pour avoir sacrifié ses vacances de Noël afin de m'aider à terminer mon
programme expérimental. J-D, je n'oublierai pas ce 23 décembre passé au labo !
J'aimerais également remercier mon amie Marie-Hélène Picard pour son soutien moral au
cours de cette aventure. Les épreuves que nous avons surmontées au cours de nos maîtrises
nous ont rapprochées et elles m'ont permis de découvrir une personne admirable. Tu as été
une source de motivation quotidienne, que ce soit au Pouliot ou au spinning. Malgré les
vies professionnelles qui nous séparent, tu resteras toujours une amie proche.
Finalement, j'aimerais remercier ma famille qui m'a toujours soutenu et encourager à
poursuivre mes études. Bien au-delà des aptitudes intellectuelles, je crois que c'est le
support et les valeurs transmises par les parents qui permettent à un enfant d'exceller dans
son parcours scolaire. Marthe et Serge, je vous remercie du fond du cœur. Tout au long de
mes études, la fierté de mes parents, de mon frère et de ma marraine a été une source de
motivation inestimable, je leur serai à jamais reconnaissant.
rv
TABLE DES MATIÈRES
RESUME II
REMERCIEMENTS Ill
TABLE DES MATIÈRES IV
LISTE DES FIGURES VI
LISTE DES TABLEAUX VIII
LISTE DES ANNEXES X
CHAPITRE 1 - INTRODUCTION 1
1.1 Introduction générale 1
1.2 Mise en contexte 2
1.3 Objectifs généraux 3
1.4 Structure du document 4
CHAPITRE 2 - REVUE DE LITTÉRATURE 5
2.1 Introduction 5
2.2 Le béton projeté 5
2.2.1 Béton projeté par voie sèche 6
2.2.2 Béton projeté par voie humide 7
2.2.3 Comparaison des deux procédés de mise en place 8
2.2.4 Particularités du béton projeté 9
2.3 Compaction 17
2.3.1 Compaction, porosité et résistance 18
2.3.2 Porosité du béton projeté 19
2.3.3 Indicateur de compaction 21
2.3.4 Paramètres de projection influençant la compaction 23
2.4 Conclusion 28
CHAPITRE 3 - MÉTHODOLOGIE 29
3.1 Introduction 29
3.2 Matériaux 30
3.2.1 Mélanges 30
3.2.2 Constituants 34
3.2.3 Équipements de projection 36
3.2.4 Échantillonage 38
3.3 Essais 41
3.3.1 Essais sur béton frais 42
3.3.2 Essais sur béton durci 44
3.3.3 Composition en place du béton projeté 47
CHAPITRE 4 - RÉSULTATS 49
4.1 Introduction 49
4.2 Béton Frais 49
4.3 Béton Durci 50
4.3.1 Résistance en compression 51
4.3.2 Absorption d'eau 52
4.3.3 Imagerie 53
4.3.4 Caractérisation du réseau de bulles d'air et facteur d'espacement 56
4.4 Composition en place 58
CHAPITRE 5 - ANALYSE DES RÉSULTATS 60
5.1 Introduction 60
5.2 Imagerie 60
5.3 Résistance en compression 63
5.4 Absorption 69
5.5 Réseau de bulles d'air et facteur d'espacement 74
5.6 Rebond et composition en place 76
CHAPITRE 6-CONCLUSION 81
6.1 Introduction 81
6.2 Conclusions générales 81
6.3 Pistes pour projets futurs 83
BIBLIOGRAPHIE 85
VI
LISTE DES FIGURES
Figure 2.1 - Béton projeté par voie sèche 6
Figure 2.2 - Béton projeté par voie humide 7
Figure 2.3 - Granulométrie avant et après projection 12
Figure 2.4 - Influence de la porosité sur la résistance relative de différents matériaux
(tirée de Neville, 2000) 19
Figure 2.5 - Relation entre la résistance en compression et le logarithme de la porosité de
pâtes de ciment compactées suivant différentes méthodes (Pression et haute température)
(tirée de Neville, 2000) 19
Figure 2.6 - Coupe transversale d'un panneau de béton projeté (300mm x 100mm) 21
Figure 2.7 - Résistance en compression et absorption d'eau de bétons projetés par voie
sèche en fonction du débit d'air (Burns, 2008) 22
Figure 2.8 - masse volumique du béton projeté en fonction du dosage en accélérateur de
prise (% de la masse de ciment) (Schutz, tirée de Gebler et coll., 1992) 25
Figure 2.9 - Influence de la masse volumique du béton projeté sur la résistance en
compression (Schutz, 1981) 25
Figure 2.10 - Relation entre le rapport E/C et la résistance en compression du béton projeté
par voie sèche 27
Figure 2.11 - Résistance en compression du béton projeté en fonction de la vitesse de
projection (Stewart (1933) et Armelin (1997), tirée de Jolin (1999)) 28
Figure 3.1 - Nomenclature des mélanges par voie sèche 33
Figure 3.2 - Nomenclature des mélanges par voie humide 33
Figure 3.3 - Canon Aliva 246 (gauche) et lance longue (droite) (Bolduc, 2009) 36
Figure 3.4 - Débitmètre à air numérique 37
Figure 3.5 - Pompe Allentown Powercreter 10 38
Figure 3.6 - Lance de béton projeté par voie humide 38
Figure 3.7 - Moule en bois (Bolduc, 2009) 39
Figure 3.8 - Carottage parallèle et perpendiculaire à l'axe de projection 40
Figure 3.9 - Outils de reconsolidation 40
VII
Figure 3.10 - Moule de rebond 41
Figure 3.11 - Schéma du montage de mesure du rebond par voie sèche (Bolduc, 2009) 43
Figure 3.12 - Calcul du rebond (voie sèche) 43
Figure 3.13 - Pénétromètre (gauche) et graphique de consistance (droite) (Bolduc, 2009) .44
Figure 3.14 - tranche transversale d'un panneau de béton projeté 45
Figure 3.15 - Numérisation du spécimen d'imagerie 46
Figure 3.16 - Essai de décantation (Bolduc, 2009) 48
Figure 4.1 - Image traitée de la plaque d'imagerie DA-225-M1 illustrant la répartition des
vides de compaction dans un béton projeté par voie sèche avec fumée de silice 55
Figure 4.2 - Image traitée de la plaque d'imagerie DB-225-M1 illustrant la répartition des
vides de compaction dans un béton projeté par voie sèche sans fumée de silice 55
Figure 5.1- Pourcentage de surface vide en fonction du débit d'eau 62
Figure 5.2 - Résistance en compression en fonction du débit d'eau 65
Figure 5.3 - Résistance en compression des mélanges projetés par voie sèche en fonction du
débit d'air 67
Figure 5.4 - Résistance en compression des mélanges projetés par voie humide en fonction
du débit d'air 68
Figure 5.5 - Absorption en fonction du débit d'eau utilisé 71
Figure 5.6 - Absorption d'eau en fonction du débit d'air des mélanges projetés par voie
sèche 73
Figure 5.7 - Absorption d'eau en fonction du débit d'air des mélanges projetés par voie
humide 73
Figure 5.8 - Rebond en fonction du débit d'eau 77
Figure 5.9 - Rebond en fonction de la consistance 77
Figure 5.10 - Teneur en liant en place en fonction du débit d'eau 78
Figure 5.11 - Rebond des mélanges projetés par voie sèche en fonction du débit d'air 79
VIII
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 2.1 - Avantages et désavantages du procédé de projection par voie sèche 8
Tableau 2.2 - Avantages et désavantages du procédé de projection par voie humide 9
Tableau 2.3 - Fuseaux granulométriques ACI (Guide to Shotcrete, 2005) 13
Tableau 2.4 - Résistances en compression perpendiculaire et parallèle à la surface de
projection (Gendreau, 1992) 17
Tableau 3.1 - Composition des mélanges de base A et B 30
Tableau 3.2 - Mélanges de béton projeté par voie sèche 34
Tableau 3.3 - Mélanges de béton projeté par voie humide 34
Tableau 4.1 - Résultats des essais sur béton frais des mélanges projetés par voie sèche 49
Tableau 4.2 - Résultats sur béton frais des mélanges projetés par voie humide 50
Tableau 4.3 - Résistances en compression des mélanges projetés par voie sèche 51
Tableau 4.4 - Résistances en compression des mélanges projetés par voie humide 52
Tableau 4.5 - Absorption des mélanges projetés par voie sèche 52
Tableau 4.6 - Absorption des mélanges projetés par voie humide 53
Tableau 4.7 - Résultats d'imagerie pour toutes les éprouvettes 54
Tableau 4.8 - Résultats d'imagerie des mélanges projetés par voie sèche 56
Tableau 4.9 - Résultats d'imagerie des mélanges projetés par voie humide 56
Tableau 4.10 - Caractérisation du réseau de bulles d'air des mélanges projetés par voie
sèche 57
Tableau 4.11 - Caractérisation du réseau de bulles d'air des mélanges projetés par voie
humide 57
Tableau 4.12 - Composition en place des mélanges projetés par voie sèche 58
Tableau 4.13 - Composition en place des mélanges projetés par voie humide 59
Tableau 5.1 - Analyse des résultats d'imagerie des mélanges projetés par voie sèche 61
Tableau 5.2 - Analyse des résultats d'imagerie des mélanges projetés par voie humide 62
Tableau 5.3 - Résistances en compression des mélanges projetés par voie sèche 64
Tableau 5.4 - Résistance en compression des mélanges projetés par voie humide 66
Tableau 5.5 - Analyse des résultats de l'essai d'absorption des mélanges projetés par voie
sèche 70
IX
Tableau 5.6 - Analyse des résultats de l'essai d'absorption des mélanges projetés par voie
humide 72
Tableau 5.7 - Réseau de bulles d'air des mélanges projetés par voie sèche 74
Tableau 5.8 - Analyse du réseau de bulles d'air des mélanges projetés par voie humide ....75
Tableau 5.9 - Analyse de la composition en place en du rebond des mélanges projetés par
voie sèche 76
Tableau 5.10 - Analyse de la composition en place des mélanges projetés par voie humide
80