La fissuration par retrait plastique (FRP) est l'une des premières formes de fissuration pouvant apparaître dans le béton. Les fissures formées à la surface sont assez inesthétiques et peuvent entraîner de futurs problèmes de durabilité. Les éléments en béton frais avec de grandes surfaces exposées sont particulièrement vulnérables à ce phénomène. La FRP est causée à la fois par des facteurs internes et externes. Les agents externes peuvent être principalement attribués aux expositions environnementales qui contrôlent l'évaporation de l'humidité du béton, et les agents internes sont ceux qui sont associés au mélange de béton, telles que le rapport eau/ciment, la teneur en pâte, les types d'adjuvants, etc. Le moment de l'initiation des mesures de durcissement est un facteur vital dans la prévention et le contrôle des FRP, mais il est souvent négligé en raison du manque de connaissances fondamentales sur ce phénomène. En fait, lorsqu'il s'agit d'activités de cure du béton, la durée reçoit plus d'attention que le moment du début. À cet égard, l'objectif principal de ce projet de recherche est d'évaluer les effets simultanés des expositions environnementales et du moment de l'initiation des activités de cure dans l'apparition de FRP du béton fraîchement coulé. Par la suite, le nouveau concept de délai maximal autorisé avant les mesures de cure, qui est fonction des propriétés du mélange et des conditions d'exposition, a été défini et évalué pour un mélange de béton exposé à différentes conditions environnementales. De plus, le temps et l'ampleur des FRP, l'évaporation, le ressuage et les temps de prise du béton, etc. ont été étudiés afin d'approfondir les analyses du comportement des FRP. Les résultats de ce programme de recherche permettent non seulement de mieux comprendre la fissuration par retrait plastique du béton soumis à différentes conditions d'exposition, mais aussi d'attirer l'attention sur l'impact du début opportun des mesures de cure sur l'atténuation de ce type de fissures. / Plastic shrinkage cracking (PShC) is one of the earliest forms of cracking that can appear in concrete. The cracks formed on the surface are quite unsightly and can lead to future durability issues. Fresh concrete elements with large, exposed surfaces are especially vulnerable to this phenomenon. PShC is caused by both internal and external factors. The external factors can be mainly ascribed to environmental exposures that control evaporation of moisture from fresh concrete, and internal factors are those associated with the concrete mixture, such as water to cement ratio, paste content, admixture types, etc. The time of initiation of curing measures is a vital factor in the prevention and control of PShC, however it is often overlooked due to the lack of fundamental knowledge on this phenomenon. In fact, when it comes to curing activities, duration gets more attention than the time of beginning. In this regard, the main objective of this research project is to assess the simultaneous effects of environmental exposures and the time of initiation of curing activities in the occurrence of PShC of freshly poured concrete. Subsequently, the new concept of maximum allowed delay before curing (MADBEC), which is a function of mix design and exposure conditions, has been defined and assessed for a concrete mixture exposed to different environmental conditions. In addition to this, PShC time and magnitude, evaporation, bleeding, and setting times of concrete, etc. have been investigated, so as to further analyses of PShC behaviour. The outcomes of this research program not only provide a better insight into PShC of concrete facing different exposure conditions, but it definitely draws more attention toward the impact of timely beginning of curing measures on the mitigation of this type of cracking.

Les matériaux cimentaires sont utilisés de plus en plus dans le domaine de la construction civile. Plusieurs recherches expérimentales sont réalisées dans le but de mieux comprendre les mécanismes pilotant le comportement des bétons et d’identifier les facteurs responsables afin d’en assurer à la fois une meilleure durabilité et une bonne résistance. Or, les bétons dits de haute performance sont susceptibles à se fissurer depuis les premières heures suivant l’initiation de la réaction d’hydratation. La durabilité des bétons est ainsi affectée. Ceci constitue un défi d’actualité. C’est dans cette optique que la présente recherche a été initiée. Le terme jeune âge représente les premiers jours, voire les premières heures, suivant l’amorcement de la réaction d’hydratation des grains de ciments. À l’heure actuelle, il n’existe pas de procédure ni de montages expérimentaux « normalisés » permettant d’évaluer le comportement des bétons depuis le jeune âge. Le Centre de recherche sur les infrastructures en béton (CRIB) a développé un dispositif expérimental qui permet de simuler le comportement des bétons sous des conditions de restrictions des déformations. Le montage, appelé montage de retrait restreint à déformations différées (R2D2), a été amélioré dans le cadre de cette étude afin de permettre d’examiner l’influence de la température sur le comportement des bétons au jeune âge. Plusieurs bétons ont été formulés et testés en se basant sur trois types de ciments. Cinq rapports eau/ciment ont été testés et plusieurs profils thermiques ont été appliqués. L’influence du rapport eau/ciment, de la composition minéralogique et de la température sur le comportement ont été investis plus en profondeur. Le détail des résultats de cette étude expérimentale est présenté dans les sections qui suivent. / Cementitious materials are used increasingly in the field of civil construction. Several experimental investigations are conducted to better understand the mechanisms controlling the behaviour of concrete and identify the factors responsible to ensure both durability and strength. But the so-called high performance concretes are likely to crack in the first hours after the initiation of the hydration reaction. The durability of concrete is thus affected. This constitutes a challenge for today. This research has been initiated with this perspective in mind. The term young age represents the first days, even the first few hours following the initiation of the reaction of hydration of cement grains. Currently, there is no procedure or experimental setups standardized to assess the behaviour of concrete from an early age. The Research Center on Concrete Infrastructures (CRIB) has developed an experimental device that simulates the behaviour of concrete under conditions of restricted deformation. The assembly, called the assembly for restrained shrinkage deformations (R2D2) was improved as part of this study to help examine the influence of temperature on the behaviour of concrete at early age. Several concrete were formulated and tested based on three types of cements. Five water /cement ratios were tested and several thermal profiles were applied. The influence of the water /cement ratio, the mineralogical composition of cement and the effect of the temperature on the concrete behaviour have been investigated in more depth.

Afin de garantir une mise en place adéquate au chantier ainsi que les propriétés requises à l'état durci, les producteurs de béton prêt à l'emploi doivent être capables de contrôler l'ensemble du cycle de production, du dosage des matériaux à la livraison. Les conditions météorologiques, la variabilité intrinsèque des matières premières, les conditions de livraison, ou encore le facteur humain sont autant de paramètres ayant une incidence directe sur la fluctuation des propriétés du béton à la fois à l'état frais et à l'état durci. Dans le but d'aider davantage les producteurs de béton, un système embarqué pour bétonnière a été développé depuis plus d'une dizaine d'années. Ce système aidant à assurer la qualité du béton frais s'articule essentiellement autour d'une sonde installée directement sur la paroi interne du tambour malaxeur. En plus de mesurer les mouvements du tambour, cette sonde collecte les données d'interaction avec le béton qui, une fois traitées, permettent déjà d'obtenir l'affaissement, le volume, ou encore la température du béton dans la toupie. Dans un premier temps, ce travail s'est intéressé à l'étude de l'homogénéisation du béton dans le tambour dans le cas d'une production en usine à gâchée sèche. Une fois les outils de traitement du signal mis au point, un algorithme permettant de déterminer l'atteinte de l'homogénéité en se basant sur les données mesurées par le système embarqué a été développé. À la suite de l'élaboration d'un protocole expérimental nécessaire à l'évaluation de l'homogénéité du béton produit, l'algorithme a été mis au banc d'essai au travers d'une campagne expérimentale réalisée entre autres à l'aide de la bétonnière dédiée au projet de recherche. Outre une garantie accrue de la qualité du béton, l'association du système embarqué et de l'algorithme développé participe à l'optimisation du procédé de production du béton prêt à l'emploi en usine à gâchée sèche par une rationalisation du temps et de l'énergie consacrée au malaxage. Dans un second temps, une réflexion quant à la manière d'évaluer l'homogénéisation du béton a conduit à la volonté de mettre au point un capteur basé sur une propriété jugée plus fondamentale: la densité du matériau. À la manière des nucléodensimètres, cette thèse tâche de poser les premières pierres du développement d'une nouvelle technologie de capteurs embarqués pour bétonnière utilisant la radioactivité pour la mesure de la densité. En plus de valider la technologie sur du béton frais, les travaux expérimentaux en laboratoire ont permis de déterminer les éléments techniques et l'arrangement nécessaires à l'obtention d'une précision de mesure suffisante. Outre la détermination de l'homogénéité, la mesure de la densité se révèle un outil de contrôle qualité indéniable grâce entre autres à la détection d'inhomogénéités ou encore à la mesure de la teneur en air. Finalement, face à la multiplication des données recueillies par le système embarqué, la dernière partie de cette thèse explore l'intérêt de l'utilisation des méthodes d'apprentissage automatique au travers d'une démonstration de faisabilité se concentrant sur la prédiction de l'évolution de l'affaissement au cours de la livraison. Ce travail essaie de faire ressortir les capacités de ces méthodes d'analyses récemment popularisées, mais aussi les pièges qui y sont associés. / To ensure proper concrete placement on site and targeted properties in the hardened state, ready-mixed concrete producers must be able to control the entire production cycle, from material batching to delivery. Weather conditions, intrinsic variability of raw materials, delivery conditions, or human factor are all parameters having a direct impact on the fluctuation of both fresh and hardened concrete properties, resulting in additional difficulties for producers. In order to further assist concrete producers, an on-board system for concrete truck mixers has been developed over the last ten years. This system, which helps ensure concrete quality, is essentially built around a probe installed directly on the internal wall of the drum. In addition to measuring the drum movements, this probe collects data from its interaction with concrete. This data, once processed, already offers the slump, the volume or the concrete temperature in the drum. At first, this work concentrates on the study of concrete homogenization during a dry-batch production. Once the signal processing tools were adapted, an algorithm has been developed to determine the homogeneity completion based on the data measured by the on-board system. Following the elaboration of an experimental protocol to evaluate the produced concrete homogeneity, the algorithm was put to the test through an experimental campaign using the concrete truck mixer dedicated to the research project. In addition to an increased guarantee of concrete quality, the combination of the on-board system and the developed algorithm contributes to the optimization of the ready-mixed concrete production process by a rationalization of time and energy devoted to mixing in dry-batch plants. Later, a reflection concerning the way to assess concrete homogenization led to the desire to develop a sensor based on a property considered more fundamental: the density of the material. Like nuclear gauges, this thesis laid the foundations for the development of a new on-board sensor technology for concrete truck mixers using radioactivity to measure in-drum density. In addition to validating the technology on fresh concrete, the experimental work in the laboratory helped to select the technical elements needed and the necessary arrangement to obtain sufficient measurement precision. Besides the homogeneity evaluation, density measurement proves to be an undeniable quality control tool thanks to, among other things, the detection of inhomogeneities or the measurement of concrete air content. Finally, faced with the ever-increasing amount of data collected by the system, the last part of this thesis explores the interest of using machine learning methods. The proof of concept presented focuses on predicting the concrete slump evolution during transportation from the plant to the construction site. This work highlights the capabilities of these recently popularized methods, but also the pitfalls associated with such tools.

Afin de garantir une mise en place adéquate au chantier ainsi que les propriétés requises à l'état durci, les producteurs de béton prêt à l'emploi doivent être capables de contrôler l'ensemble du cycle de production, du dosage des matériaux à la livraison. Les conditions météorologiques, la variabilité intrinsèque des matières premières, les conditions de livraison, ou encore le facteur humain sont autant de paramètres ayant une incidence directe sur la fluctuation des propriétés du béton à la fois à l'état frais et à l'état durci. Dans le but d'aider davantage les producteurs de béton, un système embarqué pour bétonnière a été développé depuis plus d'une dizaine d'années. Ce système aidant à assurer la qualité du béton frais s'articule essentiellement autour d'une sonde installée directement sur la paroi interne du tambour malaxeur. En plus de mesurer les mouvements du tambour, cette sonde collecte les données d'interaction avec le béton qui, une fois traitées, permettent déjà d'obtenir l'affaissement, le volume, ou encore la température du béton dans la toupie. Dans un premier temps, ce travail s'est intéressé à l'étude de l'homogénéisation du béton dans le tambour dans le cas d'une production en usine à gâchée sèche. Une fois les outils de traitement du signal mis au point, un algorithme permettant de déterminer l'atteinte de l'homogénéité en se basant sur les données mesurées par le système embarqué a été développé. À la suite de l'élaboration d'un protocole expérimental nécessaire à l'évaluation de l'homogénéité du béton produit, l'algorithme a été mis au banc d'essai au travers d'une campagne expérimentale réalisée entre autres à l'aide de la bétonnière dédiée au projet de recherche. Outre une garantie accrue de la qualité du béton, l'association du système embarqué et de l'algorithme développé participe à l'optimisation du procédé de production du béton prêt à l'emploi en usine à gâchée sèche par une rationalisation du temps et de l'énergie consacrée au malaxage. Dans un second temps, une réflexion quant à la manière d'évaluer l'homogénéisation du béton a conduit à la volonté de mettre au point un capteur basé sur une propriété jugée plus fondamentale: la densité du matériau. À la manière des nucléodensimètres, cette thèse tâche de poser les premières pierres du développement d'une nouvelle technologie de capteurs embarqués pour bétonnière utilisant la radioactivité pour la mesure de la densité. En plus de valider la technologie sur du béton frais, les travaux expérimentaux en laboratoire ont permis de déterminer les éléments techniques et l'arrangement nécessaires à l'obtention d'une précision de mesure suffisante. Outre la détermination de l'homogénéité, la mesure de la densité se révèle un outil de contrôle qualité indéniable grâce entre autres à la détection d'inhomogénéités ou encore à la mesure de la teneur en air. Finalement, face à la multiplication des données recueillies par le système embarqué, la dernière partie de cette thèse explore l'intérêt de l'utilisation des méthodes d'apprentissage automatique au travers d'une démonstration de faisabilité se concentrant sur la prédiction de l'évolution de l'affaissement au cours de la livraison. Ce travail essaie de faire ressortir les capacités de ces méthodes d'analyses récemment popularisées, mais aussi les pièges qui y sont associés. / To ensure proper concrete placement on site and targeted properties in the hardened state, ready-mixed concrete producers must be able to control the entire production cycle, from material batching to delivery. Weather conditions, intrinsic variability of raw materials, delivery conditions, or human factor are all parameters having a direct impact on the fluctuation of both fresh and hardened concrete properties, resulting in additional difficulties for producers. In order to further assist concrete producers, an on-board system for concrete truck mixers has been developed over the last ten years. This system, which helps ensure concrete quality, is essentially built around a probe installed directly on the internal wall of the drum. In addition to measuring the drum movements, this probe collects data from its interaction with concrete. This data, once processed, already offers the slump, the volume or the concrete temperature in the drum. At first, this work concentrates on the study of concrete homogenization during a dry-batch production. Once the signal processing tools were adapted, an algorithm has been developed to determine the homogeneity completion based on the data measured by the on-board system. Following the elaboration of an experimental protocol to evaluate the produced concrete homogeneity, the algorithm was put to the test through an experimental campaign using the concrete truck mixer dedicated to the research project. In addition to an increased guarantee of concrete quality, the combination of the on-board system and the developed algorithm contributes to the optimization of the ready-mixed concrete production process by a rationalization of time and energy devoted to mixing in dry-batch plants. Later, a reflection concerning the way to assess concrete homogenization led to the desire to develop a sensor based on a property considered more fundamental: the density of the material. Like nuclear gauges, this thesis laid the foundations for the development of a new on-board sensor technology for concrete truck mixers using radioactivity to measure in-drum density. In addition to validating the technology on fresh concrete, the experimental work in the laboratory helped to select the technical elements needed and the necessary arrangement to obtain sufficient measurement precision. Besides the homogeneity evaluation, density measurement proves to be an undeniable quality control tool thanks to, among other things, the detection of inhomogeneities or the measurement of concrete air content. Finally, faced with the ever-increasing amount of data collected by the system, the last part of this thesis explores the interest of using machine learning methods. The proof of concept presented focuses on predicting the concrete slump evolution during transportation from the plant to the construction site. This work highlights the capabilities of these recently popularized methods, but also the pitfalls associated with such tools.

Les chaussées à revêtement souple en béton bitumineux sont largement utilisées dans la construction routière. La conception de ces chaussées doit prendre en compte le comportement des matériaux utilisés, le chargement du trafic et les conditions climatiques.Dans les zones soumises au phénomène de gel, il est primordial de prendre en compte ce phénomène dans la conception des chaussées, leur maintenance et réhabilitation. En effet, ce phénomène peut causer de graves dommages aux chaussées, qui apparaissaient sous forme de fissures ou de déformations excessives. Le présent travail a pour but d’étudier le comportement des chaussées en béton bitumineux sous l’effet couplé du gel et du trafic :Le premier chapitre comporte une synthèse bibliographique des travaux réalisés sur le phénomène du gel-dégel dans les chaussées.Le second chapitre est consacré à la modélisation numérique du phénomène du gel dans les sols traités comme un milieu poreux tri-phasique. Il présente la formulation mathématique de ce problème couplé et sa résolution numérique à l’aide d’une modélisation par différences finies.Le dernier chapitre présente une analyse par éléments finis de la réponse mécanique d’une chaussée au phénomène du gel et du chargement du trafic. L’analyse est menée à l’aide d’une approche simplifiée qui comprend deux étapes: 1) elle consiste à résoudre le problème du gel à l’aide d’une modélisation par différences finies. 2) elle consiste dans la résolution, à l’aide de la méthode des éléments finis, d’un problème mécanique en prenant en compte les chargements d’origine mécanique et le champ de température déterminé d’après l’approche présentée dans le second chapitre. / Flexible asphalt pavements are widely used in road construction. The design of these roads must take into account the behavior of the materials, traffic loading and weather conditions. In areas subjected to the freezing phenomenon, it is essential to take this phenomenon into account in pavement design, maintenance and rehabilitation. In fact, it can cause significant damages to roads, which appear as cracks or excessive deformations. The present work aims at analysis of the behavior of asphalt pavements subjected both freezing and traffic : The first chapter includes a literature review of researches conducted on the phenomenon of freezing effects in pavements. The second chapter is dedicated to the numerical modeling of the freezing phenomenon in soils treated as a tri-phasic porous medium. It presents the mathematical formulation of the coupled problem and its numerical solution using the finite difference method.The final chapter presents a finite element analysis of the pavement mechanical response to the phenomenon of freezing and traffic loading. This analysis is performed with a simplified approach that includes two steps: 1) it concerns solving the problem of freezing using a finite difference modeling. 2) it consists of the resolution, by the finite element method, of a mechanical problem considering the mechanical loads and the temperature effect.

Cette étude concerne le comportement des poutres rectangulaires en béton armé sollicitées simultanément par la torsion, la flexion et l'effort tranchant. Un exposé des principales études faites sur ce sujet est présenté, puis après discussion, un critère est proposé. Dix poutres rectangulaires 11'.5 x 12" x 7".5 avec armature transversale furent portées à la rupture pour compléter l'étude théorique et notamment étudier l'effet des étriers.

Les bétons contenant des ajouts cimentaires subissent généralement d'importantes dégra-dations par écaillage lors des essais en laboratoire alors que le comportement de ces bé-tons en service est souvent satisfaisant. L'écaillage est influencé par une multitude de paramètres et les mécanismes responsables de ce type de dégradation demeurent mal compris. Les conditions de mise en place et de mûrissement généralement adoptées en laboratoire pourraient être responsables de la formation d'une couche superficielle de faible durabilité qui écaillerait à un taux plus rapide et qui serait plus profonde pour les bétons contenant des ajouts cimentaires. Ce projet de recherche propose une étude de l'influence de méthodes de mûrissement utilisées en chantier sur le comportement à l'écaillage évalué en laboratoire. L'effet d'une membrane drainante à la base du moule et l'effet d'un mûrissement avec une toile de jute humide ou un agent de cure chimique a été étudié sur des mélanges binaires et ternaires contenant des cendres volantes, du laitier de haut-fourneau et de la fumée de silice en différentes proportions. Les résultats montrent que la méthode de mûrissement peut avoir un effet significatif sur le comportement à l'écaillage et que cette influence dépend très fortement de la composition du mélange. L'étude de la variabilité des résultats montre que la faible reproductibilité et la faible ré-pétabilité de l'essai d'écaillage n'est pas amplifiée par la présence d'ajouts cimentaires. Les résultats soulignent l'importance de tenir compte du comportement d'un ensemble d'éprouvettes pour déterminer la résistance à l'écaillage d'un béton en laboratoire. Des essais de sorptivité et de séchage ont été réalisés sur des surfaces identiques à celles soumises à l'essai d'écaillage dans le but de caractériser la couche de surface sujette à l'écaillage. Bien que les résultats de sorptivité obtenus lors de cette étude ne permettent pas de caractériser la couche superficielle, il semble exister un lien entre la sorptivité et l'écaillage. Il ne semble pas y avoir de relation entre l'essai de séchage et l'écaillage bien que cet essai ait permis de distinguer la couche superficielle des différents bétons. Ces observations portent à croire qu'une couche superficielle plus poreuse ne serait pas entiè-rement responsable de l'écaillage des bétons contenant des ajouts cimentaires.

Le domaine du génie civil subit en ce moment une transition technologique dans laquelle l'utilisation d'outils numérique et robotique permet l'amélioration des performances et l'optimisation de nombreux procédés. Le béton projeté ne fait pas exception à cette modernisation et c'est pourquoi il semble pertinent d'aller plus loin dans l'automatisation de ce procédé. Fort de ses connaissances en matière de béton projeté, le Laboratoire de béton projeté du CRIB de l'Université Laval a décidé de lancer la conception d'une technologie de béton projeté automatisé. Ce projet permettra d'aller plus loin dans la compréhension des phénomènes à l'œuvre lors de la projection de béton et aussi de développer une méthode innovante de fabrication de béton automatisée. La présente étude s'inscrit dans la continuité du développement d'une technologie de béton projeté réalisée à l'aide d'un bras robotisé et s'intéresse plus particulièrement à l'analyse des différentes stratégies de projection ainsi qu'à leur impact sur les phénomènes de rebond et la performance de mise en place. De plus, la réalisation d'une pièce bétonnée complexe à l'aide du système robotisé ainsi que la conception d'un module de vision numérique prototype a permis d'aller plus loin dans la conception et le développement de l'automatisation globale du système. Tout d'abord, l'utilisation du bras robotisé a permis de réaliser des campagnes d'essais visant à évaluer l'influence de l'angle de projection sur la quantité de rebonds, avec une répétabilité et une précision quasi impossible à atteindre manuellement. Les résultats fournis par ces essais ont permis d'étoffer les analyses précédentes portant sur l'impact des différents paramètres de projection sur le phénomène de rebond ainsi que de confirmer la pertinence de maintenir une orientation normale du jet de matériaux par rapport à la surface de projection afin de minimiser les pertes liées au rebond. La seconde étape de ce projet a consisté à réaliser de façon automatique un essai de certification de lancier normalisé à l'aide du bras robotisé. Pour cela, les efficacités de différentes stratégies de projection ont été explorées dans le but de remplir au mieux un panneau de certification contenant des barres d'armature. Une trajectoire spécifique a permis de valider l'essai en réalisant automatiquement un panneau où l'intégralité des barres d'armatures était correctement enrobée. Enfin, la fabrication autonome d'une pièce bétonnée à géométrie complexe a été menée à bien au cours d'un projet preuve de concept multidisciplinaire. Cette réalisation a permis de mettre en pratique de façon concrète les connaissances acquises lors des essais précédents, de prouver le potentiel de fabrication innovante de la technologie de béton projeté et enfin, d'amorcer les réflexions portant sur les étapes nécessaires à l'amélioration de l'automatisation du système. Le fruit de ces réflexions a mené à la conception préliminaire d'un outil de vision numérique ainsi qu'à une proposition du fonctionnement global du système et de l'organisation de ces différents modules. / The field of civil engineering is currently undergoing a technological transition where the use of digital and robotic tools allows for improvements of performance and optimization of many processes. Shotcrete is no exception to this modernisation and this is why it seems relevant to go further in the automation of this process. With its expertise in the field of shotcrete, the Shotcrete Laboratory of the CRIB of Laval University has decided to launch the design of an automated shotcrete technology. This project will allow to further explore the phenomenon involved in concrete spraying and also to develop an innovative method of automated concrete manufacturing. The present study is part of a project developing a sprayed concrete technology using a robotic arm. The study focuses on the analysis of the different spraying strategies and their impact on the rebound phenomenon as well as placement performance. Moreover, the realization of a complex concrete element using the robotic system and the design and development of a prototype digital vision module allowed to go further in the development of the global automation of the system. First of all, the use of the robotic arm made it possible to carry out test campaigns aimed at evaluating the influence of the angle of spraying on the quantity of rebound, with a repeatability and a precision almost impossible to reach manually. The results provided by these tests have expanded the previous analyses on the impact of the various projection parameters on the rebound phenomenon. They also confirmed the relevance of maintaining a normal orientation of the material spray over the receveing surface in order to minimize the rebound. The second step of this project consisted in carrying out, automatically, a standardized test of nozzleman certification by using the robot arm. For this purpose, the efficiency of different spraying strategies was explored in order to fill a certification panel containing reinforcing bars as well as possible. A specific trajectory was used to validate the test and produced a panel where all the reinforcing bars were correctly embedded. Finally, the automatic fabrication of a concrete element with a complex geometry was successfully achieved during a multidisciplinary proof-of-concept project. This realization allowed to put into practice the knowledge acquired during the previous tests, to prove the potential of innovative manufacturing of the shotcrete technology and finally, to initiate the reflections on the steps necessary to improve the automation of the system. The outcome of these reflections led to the preliminary design of a numerical vision tool as well as a proposal for the global working of the system and the organization of its different modules.

Un outil informatique, appelé « Laval Reliability Toolbox 2 » (LRT2), a été développé afin d’évaluer, en fonction du temps, l’évolution de l’indice de fiabilité d’un pont en béton armé selon divers paramètres d’utilisation et d’endommagement. L’outil présenté innove en considérant la fiabilité des états limites ultimes de flexion et de cisaillement des poutres ainsi que le poinçonnement de la dalle. Les différents éléments structuraux forment un système utilisé pour représenter le mode de défaillance du pont. Un modèle d’endommagement permet de simuler l’évolution dans le temps des propriétés d’une structure soumise à la corrosion causée par l’application de sels déglaçants : la corrosion cause une diminution du diamètre des barres d’armatures touchées et la délamination du béton d’enrobage. L’outil développé a été utilisé pour comparer la fiabilité de ponts à simple travée ayant deux, trois, cinq et six poutres soumis à différents scénarios d’endommagement. Il est aussi démontré qu’il est pertinent d’étudier les poutres dans leur ensemble puisque la fiabilité des différents états limites varie le long de celles-ci. Il est démontré que le fait d’ignorer les corrélations entre les éléments structuraux surestime la fiabilité de structures peu redondantes, modélisées par des systèmes en série, et sous-estime la fiabilité de structures redondantes, modélisées par des systèmes mixtes. L’étude des scénarios d’endommagement met en évidence l’existence de sections et de modes de rupture qui, si endommagés, influencent grandement la fiabilité de la poutre. Enfin, des cycles de performance peuvent être définis afin de déterminer la durée de vie d’un pont, c’est-à-dire de déterminer le moment où il atteindra son indice de fiabilité cible et de déterminer les moments où certains endommagements surviendront. Cette méthodologie pourrait, à terme, constituer une aide à la gestion des structures visant à faciliter le choix des interventions prioritaires. / A computer program, named « Laval Reliability Toolbox 2 » (LRT2), was developed in order to evaluate a time-variant reliability index for a reinforced concrete bridge while considering various usage and damage parameters. This tool pioneers by considering the reliability of three ultimate limit states: flexure and shear for beams and punching shear for the slab. In order to represent the failure mode of the bridge, system reliability analysis is used to model the structure as a system. A damage model predicts in time the properties of a structure undergoing corrosion caused by the application of de-icing salts: corrosion causes a reduction of the rebar’s diameter and spalling of the concrete cover. This computer tool was used to compare the reliability of bridges with two, three, five and six girders undergoing different damaging scenarios. Results show the importance of considering a spatial-variant reliability index for a girder. It is also shown that ignoring possible correlation among structural elements overestimates the reliability of low-redundant structures, modelled as series systems, and underestimates the reliability of high-redundant structures, modelled as complex systems. The study of homogeneous and non-homogeneous damaging scenarios shows the existence of corrosion-sensitive sections and failure modes that, if damaged, affect significantly the reliability of the bridge. Lastly, performance cycles were defined in order to evaluate the life service of a bridge, which is to estimate the time when the bridge will get below its target reliability index and to estimate when certain damages will occur. This type of methodology enables the prediction of a structure’s lifetime performance; it could facilitate the management of structures operations by making possible the comparison of multiple bridges performance.

La perte de matériaux engendrée par le rebond dans le béton projeté par voie sèche fait l'objet depuis déjà plusieurs dizaines d'années de nombreux travaux de recherche. Jusqu'ici, les efforts de recherche se concentraient sur la composition du mélange de béton ou encore sur l'équipement utilisé. Mais peu d'études traitent l'influence des techniques de mise en place sur l'efficacité de déposition. Fort de ses connaissances sur ce procédé, le laboratoire de béton projeté de l'Université Laval a décidé de tourner davantage cette étude vers les techniques d'application du béton projeté. Deux tendances sont présentes depuis quelques années dans l'industrie du béton projeté. Sa mise en place s'est orientée vers des applications assistées mécaniquement qui ont amené précisions et contrôle des paramètres mécaniques liés au mouvement de la lance. En parallèle l'industrie a vu le développement de bétons à ultra haute performance ou fibrés qui ont permis de concevoir des éléments de construction à épaisseur réduite et donc économes en ressources mais occasionnant des structures à géométrie complexe que la mise en place par coffrage n'autorise guère. C'est ainsi qu'a germé l'idée de mettre à profit la mise en place du béton projeté mécanique au service de la création de structures complexes et optimisées avec ces matériaux performant. Cette étude comporte donc un double objectif. Le premier est d'acquérir, installer et rendre fonctionnelle une solution robotisée qui, à long terme, permettra de développer un procédé de construction optimisé et autonome de projection pneumatique. Le deuxième objectif est d'étudier à l'aide de ce nouvel outil robotisé, les paramètres de mise en place afin de contrôler, et réduire d'avantage le rebond. Le contrôle précis du mouvement offert par cet équipement a permis de réduire considérablement les quantités de rebonds en explorant des aspects là où aucune donnée dans la littérature ne faisait mention et a remis en cause l'efficacité de certaines pratiques appliquées en béton projeté. / The loss of material caused by rebound in dry-mix shotcrete has been the subject of much research work for several decades now. Until now, research efforts to reduce this rebound have mainly focused on the concrete mix-design or the equipment used. Few studies have addressed the influence of placement techniques on the efficiency of the deposition. Based on its knowledge and in continuity with earlier projects, of its dynamics initiated a few years ago, the shotcrete laboratory of Université Laval decided to orient this study towards the application techniques of shotcrete. Two trends have been present for a few years in the shotcrete industry. Mechanically assisted applications, as hydraulic placement arm, which brought precision and control the movement of the nozzle are more popular. At the same time, the industry has seen the development of ultra-high-performance concrete (UHPC) and some special fiber-reinforced concretes which have allowed the design of construction elements with reduced thickness, therefore saving resources, but resulting in complex geometry structures that the use of formwork hardly allows. This is how the idea was born to combine mechanical shotcrete placement to create complex and optimized structures with these high-performance materials. This study has a dual objective. The first one is to acquire, install and put to work a robotized solution which, in the long term, will allow the development of an optimized and autonomous construction process for pneumatic spraying. The second objective is to study the placement parameters to further control and reduce rebound. he precise control of movement afforded by this equipment has allowed for a significant reduction in the amount of rebound, exploring areas where no data in the literature existed, and has challenged the effectiveness of some sprayed concrete practices.