Soutenance mémoire
Historique et Définition
Historique
L’invention du système de béton projeté date du début du XXème siècle aux Etats Unis. Son inventeur, Carl Akeley (taxidermiste de profession et inventeur par passion), développa une machine servant à projeter du plâtre via de l’air comprimé, afin de ravaler la façade du musée dans lequel il travaillait. Son système, à double chambre, fût breveté entre 1909 et 1911. Dès 1910, le « cement gun », basé sur cette invention originale , est présenté à l’industrie de la construction. Les applications se sont multipliées depuis. On en retrouve l’usage, aussi bien dans le monde de la construction pour la réalisation de tunnels , la construction de piscines, le soutènement de parois, les travaux de réparation…, que pour des usages plus artistiques, comme la réalisation de faux rochers, voire de faux arbres . En France, le premier exemple d’un chantier important de béton projeté date de 1919, avec la consolidation du tunnel ferroviaire de Puymorens dans les Pyrénées (STRRES 2008).
Définition des bétons projetés
Le béton projeté est une technique de mise en place du béton par la convection pneumatique à haute vitesse jusqu’à la surface réceptrice (ACI Committee 506 2008). Cette mise en œuvre diffère de celle du béton coulé car :
❖ Elle ne nécessite pas de coffrage : le béton est projeté sur un support auquel il adhère et constitue un ensemble monolithique capable de résister aux sollicitations pour lequel l’ouvrage a été dimensionné (ASQUAPRO, 2007b). Cela en fait un procédé particulièrement adapté à des surfaces courbes, irrégulières ou d’accès difficiles.
❖ Elle n’est pas gravitaire : de l’air comprimé est utilisé pour projeter du béton ou du mortier à haute vitesse sur la surface réceptrice. La compaction du béton est donc réalisée par le flux impactant et non par vibration.
Techniques de projection
Il existe deux techniques pour l’exécution du béton projeté :
➤ La technique par voie sèche.
➤ La technique par voie mouillée.
Dans les deux cas, le béton est projeté à l’aide d’une machine spécifique, mais avec une différence au niveau de l’étape de mouillage, détaillée ci-dessous.
Voie sèche ou « dry-mix »
Pour la projection par voie sèche, le béton est inséré sous forme pulvérulente sèche ou préhumidifiée dans la machine de projection. L’eau de gâchage est ajoutée en bout de lance ou un peu en amont selon la distance de pré-mouillage voulue . C’est le porte-lance qui règle l’apport en eau pour obtenir la consistance désirée. Le béton n’est pas malaxé avec l’eau en amont du processus, et ne devient du « béton » au sens technique du terme, qu’au sortir de la lance. Les mélanges complètement secs (liant, sable et gravillons) sont soumis aux mêmes règles de stockage que le ciment. Il est possible de les pré-humidifier, juste avant la projection, en y ajoutant entre 2% et 5% d’eau par rapport au poids sec des granulats. Cela permet de limiter l’émission de poussière et d’améliorer l’homogénéisation du mélange dans le flux d’air, mais elle limite aussi la durée d’utilisation du mélange (ASQUAPRO 2007b).
Le pré-mouillage, qui ne doit pas être confondu avec la pré-humidification (ajout de l’eau au mélange avant le transfert en machine), consiste en l’introduction de l’eau en amont de l’embout de la lance. En règle générale, le point de pré-mouillage est fixé à une distance de 20 à 30 fois le diamètre intérieur de la lance, ce qui correspond à une distance variant de 0.6m à 2m, pour des diamètres de lance de 32mm à 65mm. Ce système vise à réduire l’émission de poussière tout en conservant la durée d’utilisation d’un mélange (ASQUAPRO 2007b).
Voie mouillée ou « wet-mix »
La projection par voie mouillée est une technique proche de la voie sèche, à la différence que le béton est d’abord malaxé avec l’eau de gâchage avant d’être introduit dans la machine puis projeté sur le support. Ce procédé implique que le mélange ait une consistance assez plastique pour s’écouler dans la conduite. Les contraintes liées à sa formulation sont celles d’un béton pompable (mélange homogène, pas de ségrégation, bonne fluidité). Deux méthodes de projection par voie mouillée peuvent être utilisées :
➤ Par flux dilué : le mélange est propulsé par injection d’air comprimé comme dans le cas de la projection par voie sèche. Les pertes sont presque aussi importantes qu’en voie sèche (ASQUAPRO 2007b).
➤ Par flux dense : le mélange est « poussé » dans la conduite par pompage mécanique (piston, vis sans fin) et un flux d’air comprimé est appliqué au niveau de la sortie de la lance ce qui permet la propulsion du matériau sur le support.
Epaisseur de couche de béton frais
La projection se fait par passes de béton frais. Plusieurs passes peuvent être nécessaires pour obtenir une couche. Une couche correspond à une épaisseur de béton qui fait prise (ASQUAPRO 2007b). Pour limiter les effets de fluage du béton frais, l’ASQUAPRO (2007b), préconise des épaisseurs de couche maximales identique en voie sèche et voie mouillée, qui sont fonction de l’orientation du support, de la température et de l’utilisation d’adjuvant.
Outillage en voie sèche
Chaque méthode de projection nécessite le recours à un outillage spécifique. Cette partie concerne plus particulièrement l’outillage utilisé pour la voie sèche.
Lance
En voie sèche, comme expliqué précédemment, le matériau est transporté sec dans la lance jusqu’au point d’ajout de l’eau. La lance est composée :
● D’une conduite de transport.
● D’un corps de lance, accueillant le robinet et l’anneau d’introduction de l’eau. Il est possible de décaler l’anneau d’eau en fonction de la distance de pré-mouillage voulue (ASQUAPRO 2007b; ACI 506R-16). Dans ce cas, le robinet reste situé sur le corps de lance, mais l’anneau pour l’introduction de l’eau est situé un peu plus vers l’amont.
● D’un embout, appelé buse ou tuyère :
– soit de forme tronconique , et produisant un effet venturi pour l’accélération du mélange en sortie de lance,
– soit de type Spirolet (dispositif breveté) ou double bulle , permettant une meilleure homogénéisation du mélange.
Machines à rotor
La machine à rotor est l’une des machines les plus utilisées en voie sèche pour la mise en pression du béton. Elle est aussi appelée machine à barillet, du fait de la forme du rotor (rotor percé d’alvéoles) . Le mélange descend par gravité dans les alvéoles du rotor. Dès qu’une alvéole passe au-dessus de l’ouverture de sortie, l’air comprimé pousse le matériau dans la conduite. L’air peut être introduit en amont des alvéoles, au niveau du coude de l’ouverture de sortie, ou aux deux endroits (ASQUAPRO 2007b).
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Table des matières
Introduction générale
CHAPITRE 1 : Béton projeté : état de l’art
INTRODUCTION
1. Historique et Définition
1.1. Historique
1.2. Définition des bétons projetés
1.3. Techniques de projection
1.4. Outillage en voie sèche
1.5. Ferraillage et fibres
1.6. Synthèse
2. Caractéristiques du béton projeté par voie sèche
2.1. Caractéristiques à l’état durci
2.2. Caractéristiques à l’état frais
2.3. Synthèse
3. Paramètres influençant le rebond
3.1. Paramètres techniques
3.2. Paramètres de formulation
3.3. Influence du rebond sur la composition du béton
3.4. Synthèse
CONCLUSION
CHAPITRE 2 : Stratégie d’étude du béton projeté : méthodes et matériaux
INTRODUCTION
1. Méthodes
1.1. Développement du dispositif expérimental
1.2. Caractérisation de l’état frais et des pertes par rebond
1.3. Mesures à l’état durci
2. Matériaux
2.1. Sable et gravillon
2.2. Phase liante : Ciment et additions
2.3. Phase liante : Additifs
CONCLUSION
CHAPITRE 3 : Influence de la granulométrie sur le comportement du béton projeté
INTRODUCTION
1. Squelette granulaire des bétons projetés par voie sèche
1.1. Recommandations existantes
1.2. Compacité théorique maximale d’un mélange granulaire
1.3. Synthèse
2. Compositions et caractéristiques granulaires des mélanges projetés
2.1. Composition et dénomination des mélanges
2.2. Squelette granulaire des bétons projetés
3. Rebond et granulométrie
3.1. Influence de la granulométrie et de la teneur en eau sur le rebond
3.2. Influence du rebond sur la modification du squelette granulaire
3.3. Synthèse
4. Influence de la granulométrie et de la teneur en eau sur les résistances en compression
4.1. Résistance en compression pour les différentes granulométries étudiées
4.2. Influence de la granulométrie sur la résistance
4.3. Relation entre rebond et résistance en compression
4.4. Synthèse
CONCLUSION
CHAPITRE 4 : Intérêt des additions dans le béton projeté par voie sèche
INTRODUCTION
1. Formulations
1.1. Choix des additions et additifs
1.2. Dénomination des mélanges
1.3. Composition des mélanges
2. Influence des additions sur le rebond
2.1. Méthode d’analyse des résultats de rebond
2.2. Modification de la consistance par les additions
2.3. Discussion sur l’effet des additions
2.3.1. Rebond représentatif
2.3.2. Influence des additions sur la contrainte de contact dynamique
2.4. Influence combinée des additions et du squelette granulaire
3. Influence des additifs sur le rebond
3.1. Modification de la consistance par les additifs
3.2. Bilan de l’effet des additifs
4. Critères complémentaires de validation des formulations
4.1. Contraintes d’approvisionnement sur chantier
4.2. Résistance en compression
4.3. Bilan carbone
4.4. Evaluation du coût économique
CONCLUSION
CHAPITRE 5 : Modélisation du rebond et détermination des paramètres influents
Conclusion générale
